Embed Size (px)
Citation preview
UNIVERSIDAD DE GUAYAQUIL
FACULTAD DE CIENCIAS NATURALES
CARRERA DE INGENIERÍA AMBIENTAL
TESIS DE GRADO
Previo a la Obtención del Título de
INGENIERA AMBIENTAL
TEMA:
BIORREMEDIACIÓN DE AGUA CONTAMINADA CON CADMIO EMPLEANDO LA TÉCNICA DE BIOSORCIÓN CON TRES ESPECIES DE
MACROALGAS
AUTOR: ASHLEY MELANY VACA SANDOYA
DIRECTOR DE TESIS:
PhD. BEATRIZ PERNÍA SANTOS
CO-TUTORA: MSc. GENOVEVA TORRES MUÑOZ
Guayaquil – Ecuador
2017 – 2018
ii
©DERECHOS DE AUTOR
ASHLEY MELANY VACA SANDOYA
iii
……………………………………………………….
PhD. BEATRIZ PERNÍA SANTOS DIRECTOR DE TESIS
……………………………………………………….
MSc. GENOVEVA TORRES MUÑOZ CO-TUTORA
iv
DEDICATORIA
A mí amado abuelo Ivan Vaca, por estar siempre en los momentos importantes de mi
vida, por ser mi ejemplo a seguir, ya que has sido un hombre honesto, integro,
entregado a tu trabajo, por ser un triunfador.
Gracias por tus enseñanzas, por las palabras de aliento y tu manera de instruirme
para afrontar el camino de la vida. En este reto universitario fuiste un apoyo
incondicional, no cabe duda que sin tu ayuda no lo hubiera logrado.
A mis adoradas abuelas Laura y Norma, que con su amor y sabiduría me han guiado
a lo largo de esta etapa, gracias por tenerme en sus oraciones.
A mí madre Shirley Sandoya, por ser mi amiga y cómplice, por la paciencia, por los
consejos, por el amor que me brindas día con día, gracias por creer en mí.
A mí padre Wladimir Vaca, un hombre trabajador, dedicado a su familia, sin importar
lo cansado que llegue, gracias padre por tus esfuerzos y sacrificios, por darme tu
apoyo.
A mis ñañas Giselle, Ivonne, Raquel, por su amor y su apoyo incondicional.
A mis sobrinas amadas Fiorela y Kristhel por ser mi inspiración y lograr ser un ejemplo
de superación y constancia para ellas.
v
AGRADECIMIENTO
Mi eterno agradecimiento a Dios por bendecirme y estar en todo momento.
A la Bióloga Genoveva Torres por su asesoramiento, generosidad y amabilidad,
gracias Vevita por confiar en mí y ayudarme incondicionalmente a lo largo de este
proyecto.
A la Dr. Beatriz Pernía Santos por su paciencia, enseñanzas y facilitarme literatura
necesaria para el desarrollo de mi tesis.
A David Casquete por sus palabras de ánimo y colaboración en la realización del
mapa geográfico del área de estudio.
A mis amigos Belén, Madeleyne, Javier, Raquel, Robert, por su ayuda en los
muestreos biológicos.
A la Facultad de Ciencias Naturales y a los docentes por impartirme los conocimientos
adquiridos para mi vida profesional.
Al Instituto de Investigaciones de Recursos Naturales en el laboratorio de bioensayo
por permitirme desarrollar la tesis en sus instalaciones.
TABLA DE CONTENIDO
vi
1. INTRODUCCIÓN ...................................................................................................... 1
1.2. Hipótesis ............................................................................................................... 3
2. ANTECEDENTES .................................................................................................... 5
2.1. Marco Teórico ................................................................................................... 9
2.1.1. Contaminación del Agua ................................................................................... 9
2.1.2. Metales pesados ............................................................................................... 10
2.1.4. Cadmio ............................................................................................................... 13
2.1.5. Tipos de tratamientos de aguas contaminadas con metales pesados ..... 15
2.1.6. Material Biosorbente de Metales Pesados ................................................... 20
2.1.6.1. Ventajas de las Algas Marinas como Biosorbentes de Metales Pesados21
2.2. Marco Legal ..................................................................................................... 22
3. METODOLOGÍA ....................................................................................................... 26
3.1. Área de Estudio ................................................................................................. 26
3.2. Método ................................................................................................................ 27
3.2.1. Selección de Macroalgas para Biorremediar Agua Contaminada con Cadmio
.................................................................................................................................................... 27
3.2.2. Preparación del Bioadsorbente ................................................................... 31
3.2.3. Estudio de Bioadsorción .............................................................................. 32
3.2.4. Método de Análisis de los Metales ............................................................. 33
3.2.5. Análisis estadísticos ..................................................................................... 33
vii
4. RESULTADOS ....................................................................................................... 35
4.1. Resultados en material vegetal seco antes del tratamiento ............................. 35
4.2. Resultados en material vegetal seco con tratamiento ....................................... 36
4.2.1. Remoción de Cd por los bioadsorbentes ......................................................... 36
5. DISCUSIÓN ............................................................................................................... 38
6. PROPUESTA DE UN BIOFILTRO DISEÑADO POR ASHLEY VACA ........... 40
6.1. Descripción del Biofiltro .................................................................................. 40
7. CONCLUSIONES ..................................................................................................... 42
8. RECOMENDACIONES ............................................................................................ 43
9. REFERENCIAS BIBLIOGRÁFICAS ..................................................................... 44
viii
ÍNDICE DE TABLAS
Tabla 1. Principales metales pesados ............................................................. 11
Tabla 2. Concentración de cadmio en el estero salado ................................... 15
Tabla 3. Cuadro comparativo entre bioacumulación y bioadsorción ................ 20
Tabla 4. Criterios de calidad admisibles para la preservación de la vida acuática
y silvestre en aguas dulces, marinas y de estuario .......................................... 24
ix
INDICE DE FIGURAS
Figura 1. Ciclo biogeoquímico general de metales. ..................................................... 13
Figura 2. Mecanismo de captación de metales pesados. ............................................. 18
Figura 3. Diferentes especies de algas marinas. .......................................................... 22
Figura 4. Puntos de muestreo biológico. ...................................................................... 27
Figura 5. Recolección de macroalgas marinas. ............................................................ 28
Figura 6. Aspecto general de la macroalga acanthophora spicifera. ............................ 29
Figura 7. Aspecto general de la macroalga padina pavónica. ...................................... 30
Figura 8. Aspecto general de la macroalga sargassum ecuadoreanum. ...................... 31
Figura 9. Pesaje de muestras de vegetal seco. ............................................................ 32
Figura 10. Concentración de cd en muestras de material vegetal seco ....................... 36
Figura 11. Porcentaje de remoción de cd en agua de las tres especies ...................... 37
Figura 12. Diseño del biofiltro. ...................................................................................... 41
Figura 13. Recolección de macroalgas marinas. .......................................................... 63
Figura 14. Extracción de epífitas y episóicos. .............................................................. 63
Figura 15. Secado del material vegetal al ambiente ..................................................... 64
Figura 16. Trituración del material vegetal seco. .......................................................... 64
Figura 17. Preparación de solución estándar de cadmio. ............................................. 65
Figura 18. Proceso de filtración de las muestras. ......................................................... 66
Figura 19. Preparación de las muestras para la lectura de cadmio. ............................. 66
x
ÍNDICE DE APÉNDICES O ANEXOS
10.1. Pruebas estadísticas y test de normalidad de Anderson – Darling………55
10.2. Pruebas de igualdad de varianza y pruebas de comparación…………….56
xi
Resumen
Los metales pesados generan problemas de contaminación y deterioro del ambiente, al
no ser química ni biológicamente degradables, en especial el cadmio que posee una
movilidad y dispersión ambiental muy elevada y causa un gran impacto ambiental. Las
macroalgas son reconocidas por su capacidad de acumular metales pesados debido a
sus altos índices de alginatos. Con el objetivo de evaluar la capacidad de adsorción de
especies de macroalgas en la remoción de Cd se utilizó la técnica de biosorción como
una alternativa ecoamigable a los tratamientos convencionales de agua. Para este
estudio se emplearon las especies Acanthophora spicifera, Padina pavónica, Sargassum
ecuadoreanum, basándonos en su abundancia, facilidad de colecta y en trabajos previos
donde se demostraba su potencial como bioacumuladoras de metales pesados. Para
ello, se colectaron las muestras de material vegetal en dos zonas de la provincia de Santa
Elena. Las muestras se trasladaron al laboratorio donde fueron procesadas y se
analizaron por espectrofotometría de absorción atómica de horno de grafito (Varian 220Z
Spectra). Para la elaboración de los biofiltros se secaron al ambiente y se pulverizaron.
Posteriormente, se colocaron en embudos donde se filtraron soluciones con diferentes
concentraciones de Cd (0.5 y 1 mg/L) y el filtrado fue analizado por
espectrofotometría. Los resultados obtenidos demuestran que Padina pavónica es un
excelente material bioabsorbente al presentar el mayor porcentaje de remoción de Cd en
agua (97 ± 1,41%). Finalmente, se propone el diseño de un biofiltro con carbón activado
para complementar esta técnica ecológica.
Palabras claves: cadmio, biofiltro, macroalgas, Padina pavónica, biosorción.
xii
Abstract
The heavy metals generate problems of pollution and environmental deterioration, as they
are not chemically or biologically degradable, especially cadmium that has a very high
mobility and environmental dispersion and causes a great environmental impact.The
Macroalgae are recognized for their ability to accumulate heavy metals due to their high
levels of alginates. In order to evaluate the adsorption capacity of macroalgae species in
the removal of Cd, the biosorption technique was used as an eco-friendly alternative to
conventional water treatments. For this study the species Acanthophora spicifera, Padina
pavonica, Sargassum ecuadoreanum were used, based on their abundance, ease of
collection and in previous works where their potential as bioaccumulators of heavy metals
was demonstrated. To do this, samples of plant material were collected in two areas of
the province of Santa Elena. The samples were transferred to the laboratory where they
were processed and analyzed by graphite furnace atomic absorption spectrophotometry
(Varian 220Z Spectra). For the elaboration of the biofilters they were dried to the
environment and pulverized. Subsequently, they were placed in funnels where solutions
with different concentrations of Cd (0.5 and 1 mg / L) were filtered and the filtrate was
analyzed by spectrophotometry. The results obtained show that Padina pavonica is an
excellent bioabsorbent material, having the highest percentage of Cd removal in water
(97 ± 1.41%). Finally, the design of a biofilter with activated carbon is proposed to
complement this ecological technique.
Keywords: cadmium, biofilter, macroalgae, Pavina pavonica, biosorption
1
1. INTRODUCCIÓN
El agua es un recurso natural indispensable al ser un factor constituyente de procesos
biológicos que hacen posible la vida. Este recurso es cada vez más escaso tanto a nivel
superficial como subterráneo, debido principalmente a la actividad industrial, que realizan
las descargas de sus vertidos directamente a los cuerpos hídricos sin ningún tipo
tratamiento o disposición final (Monge et al., 2009; Ramírez, 2017) provocando
modificaciones importantes en las propiedades de este líquido vital, contaminándolo con
elementos tóxicos como cadmio (Cd), cobre (Cu), plomo (Pb) y mercurio (Hg). Estos
últimos, denominados metales pesados, generan problemas de contaminación y
deterioro del ambiente, al no ser química ni biológicamente degradables (Des, 2005).
Los efectos tóxicos de los metales pesados no se manifiestan a corto plazo (Mero,
2010), representando un riesgo para los seres vivos, ya que estos contaminantes se
absorben principalmente por las vías respiratorias y digestivas depositándose en el
pulmón, riñón, hígado, páncreas, tiroides, originando problemas como osteoporosis,
diabetes, anosmia, rinitis crónica, eosinofilia, leucemia, disminución en la fertilidad de
mamíferos, enfermedades cardiovasculares y diversos tipos de cáncer (Pérez y Azcona,
2012; Martínez et al., 2012; Reyes et al., 2016). No cabe duda de que la industria es
motor de crecimiento económico, por lo tanto clave del progreso social. Sin embargo, la
necesidad de maximizar el proceso productivo excluye la planificación la protección del
ambiente (Martín, 2008).
De allí, se ha generado interés por parte de la comunidad científica a desarrollar
diferentes procesos para el tratamiento de aguas contaminadas con este tipo de
2
sustancias tóxicas, entre los cuales tenemos: osmosis inversa, electrodiálisis,
ultrafiltración, intercambio iónico, fitorremediación, precipitación química, entre otros
(Caviedes et al., 2015). Sin embargo, estos tratamientos convencionales se convierten
en un problema mayor a resolver, al originar durante los procesos formación y
almacenamiento de lodos y desechos, a más de ser altamente costosos e ineficientes
cuando la concentración de los metales es escaza (Tenorio, 2006; Machado, 2017).
Los progresos en la ciencia han incrementado la capacidad del ser humano para
utilizar recursos naturales como alternativa de remediación de ecosistemas
contaminados con metales pesados, especialmente cadmio, que posee una movilidad y
dispersión ambiental muy elevada, que lo convierten en un contaminante cosmopolita
que causa un gran impacto ambiental (Cañizares, 2000; Ruíz, 2003).
La biotecnología, contribuye en inmovilizar metales en formas no biodisponibles, para
transformar los iones metálicos tóxicos en estructuras químicas más inocuas, o para
reubicar de manera extensiva los metales (Morales y Ruíz, 2008).
Por esta razón el uso de macroalgas marinas, ofrecen una herramienta multifuncional,
debido a que son especies que tienen un elevado potencial de acumular metales
pesados por sus altos índices de alginatos, el cual posee una gran importancia en
mecanismos de biosorción (Morales y Ruíz, 2008).
La biosorción, un proceso pasivo de captación de iones metálicos que permite la
reutilización de residuos precedentes de procesos agrícolas e industriales; una
alternativa ecológicamente amigable (Vera, 2015). Implica reconocer como intervienen
el pH, la temperatura, la fuerza iónica, los sitios de unión y la presencia de otros iones
3
en la efectividad de remoción y poder predecir mediante modelos matemáticos, los
parámetros característicos y ser aplicados a escala industrial (Morales y Ruíz, 2008;
Bermejo, 2016).
Manoli, 2015 afirma:
Que las algas suelen ser las más apropiadas para la construcción de sistemas de
biosorción a gran escala de metales pesados puesto que, además de su presencia
recurrente o incluso problemática en diversas regiones costeras, exhiben una estructura
química con elevada densidad de centros activos de interacción iónica y unas buenas
propiedades hidrodinámicas una vez secas. (p.8)
Evaluar la biorremediación de agua contaminada con cadmio empleando la técnica de
biosorción con macroalgas explora una alternativa prometedora, segura, de bajo costo,
al ser las algas un elemento que se haya en abundancia con amplia distribución,
considerado como un desecho, pudiendo ser extraídas o exportadas como materia prima
o procesadas.
1.1. Hipótesis
Es posible la remoción de cadmio en agua empleando macroalgas debido a su
potencial biosorbente.
4
1.2. Objetivos
1.2.1. Objetivo General
1.2.1.1. Evaluar la biorremediación de agua contaminada con cadmio empleando la
técnica de biosorción con tres diferentes especies de macroalgas.
1.2.2. Objetivos Específicos
1.2.2.1. Seleccionar macroalgas con potencial aplicación en biorremediación de
agua contaminada con cadmio.
1.2.2.2. Determinar las concentraciones de cadmio en las macroalgas en estudio.
1.2.2.3. Realizar bioensayos con macroalgas como bioadsorbentes de cadmio en
agua contaminada.
1.2.2.4. Determinar el porcentaje de remoción de cadmio de los bioadsorbentes.
5
2. ANTECEDENTES
La contaminación por metales pesados en cuerpos de agua (ríos, lagos, océanos y
agua subterránea) ha ocasionado una serie de perturbaciones en los ciclos biológicos,
geológicos y químicos, por ser muy tóxicos incluso a bajas concentraciones (Cañizares,
2000).
Actualmente las características de estos metales han dado lugar a su uso en
actividades industriales destacando entre ellas la minería, fundición y metalurgia en
general. No obstante, esto conlleva una amplia gama de peligros potenciales para la
salud, debido a que los contaminantes son descargados al ambiente, los mismos que
alcanzan concentraciones por encima de los límites permisibles, pudiendo ocasionar un
impacto ambiental considerable. La conciencia sobre la magnitud de este inconveniente
ha ido aumentando, dando lugar a la difusión de un marco legal más amplio y restrictivo
que promueve el desarrollo de tecnologías limpias y limita la cantidad de metales
pesados que se pueden verter al ambiente (Tenorio, 2006).
Últimamente las investigaciones acerca de metales pesados en ecosistemas
acuáticos han sido de gran interés debido a la preocupación de preservar el ambiente.
Por lo tanto, surge la necesidad de profundizar los estudios que faciliten conocer el origen
y destino de estos elementos para así poder determinar y cuantificar los efectos
ecotoxicológicos que tienen sobre toda la biota que habita en estos medios (Jiménez,
2012).
6
En Ecuador se han realizado análisis y monitoreos de contaminación por
concentraciones de metales pesados tomando en consideración la elevada toxicidad,
alta persistencia y rápida bioacomulación por los organismos vivos.
En este sentido, Durán (2004), publica que los vertidos procedentes del sector
industrial en Guayaquil es el motivo principal del deterioro en la calidad de diferentes
cuerpos hídricos de la ciudad. También menciona que metales como el plomo, cromo y
cobre son un peligro potencial de contaminación en el sector noreste y sur al exceder los
límites permisibles conforme el (R.O. N°204. Anexo E. Ley de Control y Prevención de la
Contaminación Ambiental). Además, indica que en ciertos sectores como el Estero
Salado la contaminación es severa ya que no se observa vida acuática e incluso está
afectando gravemente la salud de la población que habita en el sector.
Arcos et al. (2009) demostraron que la existencia de plomo en las muestras de agua
colectadas en Cerrito de los Morreños, sobrepasa los límites permisibles de acuerdo a
los criterios de calidad de agua del Texto Unificado de Legislación Ambiental Secundaria
(TULSMA), pero no está presente en los organismos bentónicos. Mientras que metales
como cadmio, cromo, níquel y zinc estuvieron dentro de los niveles aceptables tanto en
agua, sedimentos y organismos.
Alcívar y Mosquera (2011), mencionan que las concentraciones obtenidas de Cr en
agua del Estero Salado de Guayaquil están dentro de los límites permisibles establecidos
en la normativa (Norma de Calidad Ambiental y de descargas de efluentes: Recurso
Agua, Libro VI anexo 1), pero metales como el Cd y Pb si sobrepasan dichos límites.
Además identificaron altas concentraciones de estos elementos tóxicos (Cd y Pb) en
7
Cerithidea valida en diferentes puntos de muestreo, lo que genera una preocupación
ambiental, debido a que al ser consumidos por otros organismos se transforma en un
peligro potencial de contaminación.
Kuffó (2013), indicó la presencia de Cadmio y Plomo en las muestras de agua tomadas
del Estero Salado de Guayaquil con concentraciones superiores a los límites
establecidos en la normativa del TULSMA. Además, se encontró organismos bentónicos
(moluscos) que almacenan cadmio en su estructura, convirtiéndose en un peligro no solo
en su fisiología, sino que al ser consumidos afectan a toda la cadena trófica.
Rodríguez y Alvarado (2015), evidenciaron que las concentraciones de los metales
Cd, Pb, Cu y Zn en el agua del Estero Huaylá se encuentran por encima de los límites
máximos permisibles de acuerdo a la normativa (Criterios de calidad admisibles para la
preservación de la vida acuática y silvestre en aguas dulces, marinas y de estuario
presentes en el Anexo 1 – Libro VI del TULSMA), debido principalmente a los residuos
generados por la población aledaña que son vertidos directamente al estero como:
residuos de baterías, residuos eléctricos, aceites, lubricantes, entre otros, ocasionando
así el deterioro de este ecosistema.
Ramírez (2016) concluyó que las concentraciones de Cd en agua en las estaciones
de: Instituto Nacional de Pesca, Isla Santay, Mucho Lote 2 y Malecón de Daule superan
al límite máximo permitido establecido en la normativa ambiental vigente, y a su vez
exceden los límites máximos según la normativa canadiense y la National Oceanic and
Atmospheric Administration (NOAA) respectivamente. Además, indica que Pomacea
canaliculata demostró ser un excelente bioindicador del elemento cadmio, ya que detectó
8
concentraciones considerables de Cd en todas las estaciones de muestreo y por cada
río estudiado (Guayas, Daule y Babahoyo). Asimismo, se hizo un análisis de
componentes principales, el cual encontró que existe correlación entre las
concentraciones de agua, sedimento biodisponible y el organismo de estudio (Pomacea
canaliculata).
Por otro lado, últimamente se han realizado investigaciones de diferentes métodos de
biosorción, empleando algas marinas para la remoción de metales.
Rad et al. (2002) determinaron la capacidad de adsorción de iones de cesio
empleando algas marinas como Padina australis y Sargassum glaucescens.
Cuizano y Navarro (2008) exponen como posible solución a la contaminación con
metales pesados el uso de algas marinas, indicando que la especie Sargassum vulgaris
adsorbe grandes cantidades de Pb que de Cd. Por otro lado, señalan que un gramo de
Padina sp es capaz de eliminar 84 mg de Cd.
Plaza (2012) desarrollo un proyecto sobre “Remoción de metales pesados empleando
algas marinas” cuya investigación hace referencia a la utilización de técnicas biológicas
alternativas a procesos convencionales de eliminación de metales pesados destacando
el método de biosorción, que utiliza biomasa viva o muerta como bacterias, hongos,
levaduras, algas, así como productos celulares tales como los polisacáridos (Romera,
2007).
De igual forma, Santos et al. (2014) estudiaron la Biosorción de cadmio, cobre y plomo
por Gelidium floridanum y determinaron que concentraciones iguales de Cd, Cu y Pb
9
inducen diferentes niveles de respuestas fisiológicas, químicas y de organización celular
en la macroalga roja G. floridanum. Los ensayos de bioabsorción presentaron una mayor
acumulación de Cu en comparación con Cd y Pb, mientras que el Cd mostró menos
bioacumulación, Santos et al. (2014) indican además que el Cd y Pb promueven el
aumento de la síntesis de carotenoides, probablemente como defensa antioxidante
química contra especies reactivas de oxígeno.
En el año 2016, Verma et al. mostraron a través de observaciones experimentales, la
eficiencia de utilizar Sargassum filipéndula como un biosorbente para Pb +2 iones en
solución acuosa logrando una eficiencia de remoción muy alta del 80%.
2.1. Marco Teórico
2.1.1. Contaminación del Agua
El aporte de metales pesados al ciclo hidrológico puede originarse como consecuencia
de las actividades naturales o antropogénicas que producen impactos negativos para el
hombre y la biota al ingresar diferentes tipos de sustancias que interfieren en sus
condiciones naturales de calidad, provocando graves riesgos para la salud y el bienestar
de la población (Rosas, 2005).
De forma natural, son incorporados a los sistemas acuáticos a través de los minerales
producto de la erosión, por lixiviación de suelos, rocas, erupciones volcánicas,
precipitación y deposición atmosférica. No obstante, actualmente la mayor concentración
es de origen antropogénico, debido a procesos industriales, residuos domésticos,
actividades agrícolas y mineras, ya que son fuentes importantes de contaminación,
10
debido a que aportan metales al aire, al agua y al suelo especialmente (Mountouris et
al., 2002; Rosas, 2005; Furhan et al., 2006; Feria et al., 2010; Mead, 2010).
La Organización Mundial de la Salud (OMS), estableció que la máxima concentración
de iones de metales pesados en los cuerpos de agua debe encontrarse en un intervalo
de 0,01-1 ppm, sin embargo, en la actualidad se registran concentraciones de hasta de
450 ppm en los efluentes (Tejada et al., 2015).
2.1.2. Metales pesados
Los metales pesados además de ser elementos químicos que poseen una alta
densidad, son materiales naturales que, desde la antigüedad, han desempeñado un
papel fundamental en el desarrollo de las civilizaciones (Rosique, 2013).
Sin embargo, dentro del grupo de los metales pesados, se pueden distinguir dos
subgrupos: el primero de ellos comprende aquellos que son importantes para la vida, tal
es el caso del Zn y Cu, mientras que el segundo subgrupo lo forman aquellos no poseen
ninguna función biológica conocida, como es el caso del Pb y Cd. No obstante, todos
ellos tienen en común que en ciertas concentraciones pueden llegar a ser tóxicos para
las plantas y animales (Cañizares, 2000).
Por este motivo es necesario conocer el contenido de estos metales en los residuos,
ya que según su concentración en metales éstos serán más o menos peligrosos para el
ambiente o la salud humana (Goyal y Srivastasa, 2009). En la tabla 1 se describen las
fuentes de contaminación y sus efectos tóxicos a la salud.
11
Tabla 1. Principales Metales Pesados
Fuente: Tejada et al., 2015
En el ambiente pueden sufrir modificaciones y adaptaciones en distintas formas
(móviles e inmóviles), este proceso es conocido como especiación química, el cual varía
de acuerdo a las condiciones ambientales del medio, lo que va a repercutir en la
biodisponibilidad y riesgo que generan los metales en el ambiente (Cañizares, 200;
Martínez et al., 2008).
El transporte de estos en los cuerpos hídricos depende de las condiciones climáticas
del lugar como temperatura, precipitación, humedad, viento, etc. (Planas, 2010).
Metal
Fuentes de Contaminación
Efectos a la Salud
Cd Plantas electrónicas, fabricación de,
plásticos, pilas y procesos de refinación.
Irritación severa del estómago, originando vómitos y diarrea, e
incluso la muerte.
Cr
Galvanoplastia, la fabricación de colorantes y pigmentos.
Erupciones cutáneas, malestar de estómago, ulceras, y problemas respiratorios.
Hg Minería, producción de cloro, soda
caustica, policloruro de vinilo, espuma de poliuretano.
Disfuncionalidad de los riñones, temblores, daños
neurosensoriales y cognitivos.
Ni Fabricación de acero, en baterías y en la
producción de algunas aleaciones.
Dolores de estómago, efectos adversos en la sangre, los
riñones, o bronquitis crónica y alteraciones del pulmón.
Pb Fundición de metales, plásticos, pinturas,
fabricación de baterías. Vómitos y diarrea, e incluso la
muerte.
Zn Industrias galvanoplastia, en la fabricación de acero, baterías y
pigmentos.
Anemia, daño al páncreas, calambres estomacales, náusea
y vómitos.
12
Según Salomons y Forstner (1984) los metales pesados adaptan diferentes formas en
los cuerpos hídricos como:
• formas coloidales, que dan inicio a la formación de hidróxido;
• partículas sólidas, compuestas principalmente por minerales; y
• fases disueltas (Cationes o iones complejos), que pueden ser agregadas por
adsorción, absorción en arcillas o hidróxidos.
2.1.2.1. Toxicidad de Metales Pesados. El grado de toxicidad potencial de los metales
pesados va a depender de la naturaleza del metal y de su disponibilidad en el ambiente.
Otros factores que influyen en la toxicidad del elemento, son el estado molecular que
presenta el metal, el tiempo de residencia en el sistema, el pH, el potencial redox del
ambiente, los iones inorgánicos presentes en las aguas, la temperatura y diversos
factores biológicos (Torres y Juviña, 2005).
2.1.3. Vías de Entrada de los Metales Pesados. Los metales tienen tres vías
principales de entrada en el medio acuático:
• Vía atmosférica: a través de la sedimentación de partículas emitidas por procesos de
combustión de combustibles fósiles y procesos de fundición de metales (Rosas, 2001;
Jiménez, 2012).
• Vía terrestre: producto de filtraciones de vertidos y de la escorrentía superficial de
terrenos (Rosas, 2001; Jiménez, 2012).
• Vía directa: como consecuencia de los vertidos directos de aguas residuales
industriales y urbanas a los cauces fluviales (Rosas, 2001; Jiménez, 2012).
13
Figura 1. Ciclo Biogeoquímico General de Metales.
Fuente: Dionisio, 2012.
2.1.4. Cadmio
Es un metal dúctil, de color blanco con un ligero matiz azulado, considerado como uno
de los metales pesados con mayor relevancia, ya que se encuentra asociado
frecuentemente a los depósitos de zinc (Pascuali, 2003). Los usos principales de este
metal son en la industria de la galvanoplastia, industria textil, en la fabricación de
baterías, en la estabilización de algunos plásticos, y en la elaboración de algunos
plaguicidas y fertilizantes, lo que ha aumentado su distribución, afectando de forma
progresiva a los diferentes ecosistemas (Pinto, 2004; Navarro et al., 2006; Moncayo et
al, 2010).
14
El Cadmio es un problema de gran magnitud ecológica, porque posee una larga vida
media biológica (10-40 años) en el cuerpo humano (Vahter, 1996), además que tiende a
ser acumulado y concentrado por las distintas especies, siendo más peligrosos a medida
que se asciende en la cadena evolutiva hacia el hombre (Margalef, 1991; Capó, 2002).
Debido a la creciente necesidad de un entorno sano se han elaborado estudios sobre
las consecuencias de exposición de este metal. Específicamente, por ser considerado
uno de los más peligrosos para el ambiente y la salud, ya que a elevadas
concentraciones, puede provocar: hipertensión, diabetes, alteración del material
genético, cáncer, problemas respiratorios,alteraciones neurológicas e incluso la muerte
(Madeddu, 2005; Pérez, 2012; Martínez et al., 2012).
El Cadmio fue el causante de uno de los más grandes desastres ambientales con la
enfermedad bautizada itai-itai, que afectó gravemente a los habitantes de la cuenca del
río Jinzu, en la prefectura de Toyama (Japón) en 1947, las personas con esta afección
ingirieron arroz con elevadas concentraciones de cadmio, a través del riego con agua
contaminada con este metal tóxico procedente de minas cercanas (Sakurai, 1982).
En la tabla 2 se muestran concentraciones de Cd obtenidas en estudios realizados por
Alcívar y Mosquera (2011) en el Estero Salado de Guayaquil en distintas estaciones en
los meses de agosto, septiembre y octubre en el año 2010 con relación al límite máximo
permitido (LMP) establecido anteriormente en la normativa ambiental. De acuerdo a los
resultados del mes de agosto no se detectó (ND) niveles de Cd.
15
Tabla 2. Concentración de Cadmio en el Estero Salado
Cadmio-Agua (ppm)
Estación Agosto Septiembre Octubre LMP
Puente Ecológico ND 0.06 0.05 0.005
Puente Miraflores ND 0.05 0.01 0.005
Puente Portete ND 0.05 0.01 0.005
2do Puente Perimetral
ND 0.04 ND 0.005
Fertisa ND 0.035 ND 0.005
Fuente: Alcívar y Mosquera, 2011
2.1.5. Tipos de tratamientos de aguas contaminadas con metales pesados
2.1.5.1. Métodos Convencionales
Osmosis inversa. Consiste en la separación de los metales pesados a través de una
membrana semipermeable a una presión mayor que la presión osmótica originada por
los sólidos disueltos en las aguas residuales. Presenta problemas de ensuciamiento, por
el alto coeficiente de rechazo, lo que limita su uso en la industria (García, 2009).
Electrodiálisis. Las membranas deben llevar grupos cargados, aniónicos o catiónicos
(nunca de ambos), distribuidos uniformemente o no dentro de su estructura (García,
2009).
Ultrafiltración. Son membranas en donde la fuerza impulsora es la presión y se utilizan
membranas porosas para la eliminación de metales pesados (García, 2009).
16
Intercambio iónico. Propio de los iones metálicos que se intercambian con iones
propios de los polisacáridos que se encuentran en la biomasa. El proceso es rápido
y reversible (Plaza, 2012).
Precipitación química. Este tratamiento se logra por la adición de coagulantes como
alumbre, sales de calcio, hierro y otros polímeros orgánicos (Arnaiz, 2007).
Fitorremediación. Es la capacidad que poseen algunas plantas para absorber,
acumular, metabolizar o fijar contaminantes presentes en agua, suelo, aire o
sedimentos como compuestos orgánicos, metales pesados, entre otros (Delgadillo,
2011; Oquendo, 2016).
Estos métodos han sido empleados para la purificación de aguas y remoción de
metales por su alta eficiencia, pero muestran ciertas desventajas al ser aplicados a
efluentes industriales compuestos por soluciones metálicas diluidas, en las cuales se
puede mencionar los costos importantes en términos energéticos y de consumo de
productos químicos (Monge et al., 2009; Higuera et al., 2009).
Por tal razón es necesario la exploración de tecnologías alternativas que logren reducir
la concentración de este tipo de contaminantes por debajo de los límites máximos
permitidos por la legislación ambiental y que a su vez permitan la recuperación de los
metales y del adsorbente, para con ello disminuir los costos del tratamiento de los
efluentes industriales (Chojnacka, 2010).
17
2.1.5.2. Método Alternativo
Biosorción. Está basada en el empleo de ciertos tipos de biomasa (algas, hongos,
bacterias). Las principales ventajas de este proceso sobre las técnicas de tratamiento
convencionales son: bajo costo, alto rendimiento, reducción de productos químicos y
lodos biológicos, no se requiere nutrientes adicionales, regeneración de biosorbente y
la posibilidad de recuperación de metales (Volesky, 1990; Tejada et al., 2015; Vera,
2015).
Los dos mecanismos diferenciados para la captación de los metales pesados por
parte de la biomasa son (Figura 2):
• Bioacumulación. consiste en la absorción de las especies metálicas a través de
mecanismos de acumulación al interior de las células de biomasas vivas (Marshall y
Espinoza, 2015).
• Bioadsorción. radica en la adsorción de los iones en la superficie de la célula. El
fenómeno puede ocurrir por intercambio iónico, precipitación y atracción electrostática
(Reyes et al., 2006; Tejada et al., 2015).
18
Figura 2. Mecanismo de Captación de Metales Pesados.
Fuente: Reyes et al., 2006.
Este proceso implica una fase sólida (sorbente) correspondiente a los metales que se
localizan en la superficie y una fase líquida (solvente) que comprende las especies
disueltas que van a ser adsorbidas (sorbato). Puesto a que el sorbente posee gran
afinidad por las especies del sorbato, este último es atraído hacia el sólido y combinado
por diferentes mecanismos (Cañizares, 2000; Reyes et al., 2006).
Este método prosigue hasta establecer una igualdad entre el sorbato disuelto y el
sorbato conectado al sólido (a una concentración final o en el equilibrio). La afinidad del
sorbente por el sorbato determina su distribución entre las fases sólida y líquida. La
calidad del sorbente está dada por la cantidad del sorbato que puede atraer y retener en
forma inmovilizada (Cañizares, 2000).
Biosorción de metales pesados
Bioacumulación de metales pesados
19
Una vez que la biomasa es expuesta al efluente cargado de metales y se tenga la
recuperación de metales de la solución, se tiene la opción de recuperar la biomasa
(funcional) utilizando reactivos químicos suaves para retirar los metales sin destruirla,
permitiendo así su utilización posterior en un nuevo ciclo de tratamiento. En caso de que
no importe la integridad de la biomasa, el metal puede ser retirado de la misma por
métodos más drásticos (Cañizares, 2000).
La bioadsorción se considera como la alternativa más viable para la remoción de iones
metálicos (Tabla 3), puesto a que no emplea organismos vivos como materiales
biosorbentes; debido a que pueden ser afectados a elevadas concentraciones de este
tipo de sustancias, alterando el proceso de adsorción a causa de la muerte de los mismos
(Plaza, 2012).
A pesar de que, al utilizar biomasa muerta, se puede prevenir el acelerado deterioro
del material biosorbente e incluso lograr adaptar ciertas variables para incrementar la
eficiencia del proceso. Este mecanismo tiende a ser afectado por diversos factores como:
la temperatura, pH, tamaño de partículas o por la presencia de otros iones (Plaza, 2012).
20
Tabla 3. Cuadro Comparativo entre Bioacumulación y Bioadsorción
Fuente: Chojnacka, 2010.
2.1.6. Material Biosorbente de Metales Pesados
La biotecnología ha tomado en cuenta a las algas marinas como el principal
biomaterial a utilizar en los procesos de biosorción de metales pesados, dado que son
originadas naturalmente en grandes cantidades y que reposan a las orillas de las playas,
consideradas como basura. Por ello, es importante que se efectúe la explotación y uso
racional de este recurso natural, ya que supera problemas de toxicidad e incluso permite
Bioacumulación Bioadsorción
Es un proceso activo. Es un Proceso pasivo.
Utiliza biomasa vida. Utiliza biomasa muerta.
Es un método parcialmente reversible. Es un método reversible.
Requiere de nutrientes. No requiere de nutrientes.
Proceso lento. Proceso rápido.
Se ve afectado por el efecto tóxico de los
contaminantes.
No se ve afectado por el efecto tóxico de
los contaminantes.
Existe crecimiento celular No hay crecimiento celular
Alcanza muy bajas concentraciones de
equilibrio de los contaminantes.
Alcanza concentraciones intermedias de
equilibrio de los contaminantes.
La biomasa no puede recuperarse. La biomasa puede regenerase.
Los metales no pueden recuperarse. Posibilidad de recuperación
21
la regeneración y reutilización del biomaterial por varios ciclos de adsorción/desorción
(Cuizano y Navarro, 2008).
2.1.6.1. Ventajas de las Algas Marinas como Biosorbentes de Metales Pesados
Las algas marinas se desarrollan de manera natural en los mares y océanos, poseen
una gran diversidad ecológica lo que permite ampliar su eficiencia, se han reportado
distintas capacidades de adsorción por algas rojas, verdes y pardas (Figura 3) frente a
metales pesados (Cuizano y Navarro, 2008).
La composición química y presencia de diferentes adsorbentes en el alga (alginatos,
proteínas fosfatadas, etc.), proporcionan una unión de metales a causa de su tamaño,
grado de solvatación, tamices moleculares, intercambio iónico. Otra ventaja, es el
elevado contenido de alginatos en las algas marinas, las convierte en modelos idóneos
para reconocer el mecanismo de biosorción en la remoción de metales pesados de
soluciones acuosas, básicamente para evaluar las interacciones metal alga a nivel
molecular. Por último, es que son especies inofensivas, ricas en calcio (Ca), magnesio
(Mg), sodio (Na) y potasio (K). De manera que los biosorbentes conformados a partir de
algas pueden ser fácilmente aprobados por el público cuando se empleen
biotecnológicamente (Cuizano y Navarro, 2008).
22
Figura 3. Diferentes Especies de Algas Marinas.
Fuente: Fotografías tomadas en campo por la suscrita.
2.2. Marco Legal
La industria consume grandes volúmenes de agua en la mayoría de sus procesos de
manufactura y en operaciones suplementarias, la mayor parte de esta agua utilizada se
convierte en residual o de desecho, con diferentes tipos de contaminantes, ocasionando
un severo impacto ambiental (Ordoñez et al., 1992). Por ello este proyecto se
fundamenta en las siguientes normativas:
• Constitución de la República del Ecuador del Registro Oficial No. 449 del 20 de
octubre de 2008.
Sargassum ecuadoreanum
Padina pavonica
Acanthophora spicifera
23
• Ley Orgánica de recursos hídricos, usos y aprovechamiento del agua. Publicada
en el registro oficial No.305, 6 de Agosto de 2014.
• Ley de Gestión Ambiental. No. 37. RO/ 245 de 30 de Julio de 1999.
• Ley de Prevención y Control de la Contaminación Ambiental. Publicado en el
Registro Oficial Suplemento 418 el 10 de Septiembre 2004.
• Código Orgánico de Organización Territorial Autónomo Descentralizado
(COOTAD).
• Acuerdo Ministerial No. 061 de la reforma el Libro VI del Texto Unificado de
Legislación Secundaria del Ministerio del Ambiente. Publicado en el Registro
Oficial No.316, edición especial del 4 de mayo de 2015.
• Libro VI, de la Calidad Ambiental, Sección III, Calidad de Componentes Abióticos.
• Acuerdo Ministerial No. 097- A, Anexo 1. Norma de Calidad Ambiental y de
Descarga de Efluentes al Recurso Agua.
24
Tabla 4. Criterios de Calidad Admisibles para la Preservación de la Vida Acuática y Silvestre en Aguas Dulces, Marinas y de Estuario.
25
Fuente: Acuerdo Ministerial 097-A.
26
3. METODOLOGÍA
3.1. Área de Estudio
La selección del lugar se debió a que encontramos las macroalgas del estudio en estos
dos puntos de la provincia de Santa Elena, que se encuentra constituida por playas
extensas, una gran riqueza marítima, así como una variedad de atractivos turísticos
arqueológicos, históricos, naturales, culturales, por lo que su comercio se basa en la
pesca y turismo (Figura 4).
Punto I: Corresponde a Chuyuipe, es una comuna localizada en la franja costera
del Ecuador, corresponde a la provincia de Santa Elena, próximo al balneario de
Ballenita y en el límite con La Libertad. El Balneario está entre acantilados bajos, posee
una pendiente pronunciada, con zonas rocosas, la dimensión de su playa es de 2
Kilómetros. Sus coordenadas geográficas son 2 ◦12´29’S 80◦52´37’W.
Punto II: Abarca el Farallón Ballenita, localizado en la provincia de Santa Elena, a 5
minutos de la Libertad, posee una gran diversidad. Tiene una longitud de 1600 metros
de playa. Sus coordenadas geográficas son 2 ◦11´50’S 80◦52´04’W.
27
Figura 4. Puntos de Muestreo Biológico.
Fuente: QGIS 6 de febrero del 2018
3.2. Método
A continuación, se explica las etapas que se llevaron a cabo para la realización del
Proyecto.
3.2.1. Selección de Macroalgas para Biorremediar Agua Contaminada con Cadmio
Se procedió a la selección y recolección de las siguientes especies de macroalgas
marinas en el área de estudio: Acanthophora spicifera, Padina pavónica y Sargassum
ecuadoreanum. Las macroalgas fueron colectadas en bolsas de polietileno estéril con
cierre hermético previamente rotuladas, luego fueron colocadas en una hielera para
mejor preservación. Durante el muestreo se determinaron las coordenadas geográficas
28
de cada punto de muestreo junto con los parámetros físicos-químicos como:
temperatura, pH y salinidad. Posteriormente fueron trasladadas al laboratorio de
bioensayo en refrigeración por ser un estudio biológico.
Figura 5. Recolección de Macroalgas Marinas.
A continuación, se describen las características de las especies de macroalgas
seleccionadas:
• Acanthophora spicifera: Este tipo de macroalgas cartilaginosas del Phylum
Rhodophyta (algas rojas) de la clase Florideophyceae del orden Ceramiales, tienden
a alcanzar 40 cm de altura, habitan en sustratos duros o sólidos, como epífitas sobre
otras especies o de manera libre a través de pequeñas estructura en forma de disco
llamado basal. Sus pigmentos varían, de rojo, morado a marrón (Algaebase, 2017).
29
Figura 6. Aspecto General de la Macroalga Acanthophora spicifera.
Fuente: Propia.
• Padina pavónica: Es una alga del Phylum Ochrophyta de la clase Phaeophyceae
(algas pardas) del orden Dictyotales, que se la encuentra entre la zona mareal y
submareal, posee un talo erecto, foliáceo, expandido a manera de abanico sobre
sustratos rocosos o duros que le ayudan a sobrellevar corrientes fuertes y le sirven de
soporte, esta especie tolera emersiones muy cortas, desde la superficie hasta unos
20 m de profundidad, además es capaz de resistir el calentamiento del agua y
ambientes bien luminados (Muller y Salazar, 1996; Algaebase, 2017).
30
Figura 7. Aspecto General de la Macroalga Padina pavónica.
Fuente: Propia.
• Sargassum ecuadoreanum (Sagazos): Es una especie de macroalga bentónica
pluricelular del Phylum Dictyotales de la clase Phaeophyceae (algas pardas) del orden
Fucales, son de tamaño moderado, que poseen vesículas pedunculadas llenas de gas
para mantenerse a flote y realizar la fotosíntesis, se encuentra adherida a un sustrato
rocoso que le proporciona estabilidad en el fondo marino evitando ser arrastradas por
corrientes fuertes (Muller y Salazar, 1996; Algaebase, 2017).
31
Figura 8. Aspecto General de la Macroalga Sargassum ecuadoreanum.
Fuente: Propia.
3.2.2. Preparación del Bioadsorbente
• Lavado: Una vez recolectadas las macroalgas por cada especie se limpiaron con
agua desionizada para eliminar impurezas solubles, epífitas, episóicos.
• Secado: Se procedió a colocar las diferentes especies de macroalgas, se esparcieron
y se dejaron secar al ambiente por tres días.
• Disgregación: Una vez que las macroalgas estuvieron completamente secas se
procedió a disgregarlas con la ayuda de un molino hasta obtener un polvo fino,
obteniendo así el producto con una granulometría uniforme por cada especie.
Posteriormente, las muestras de vegetal seco fueron colocadas en fundas de
cierre hermético debidamente rotuladas con el nombre de las especies, finalmente se
32
procedió a pesar 0,5 gr de cada muestra en una balanza de analítica Sartorius modelo
BL210S.
Figura 9. Pesaje de Muestras de Vegetal Seco.
3.2.3. Estudio de Bioadsorción
Para estudiar la capacidad adsorbente de las macroalgas sujetas de estudio se
procedió a pesar 0,5 gr de material vegetal seco por triplicado en una balanza analítica
modelo BL210S (Sartorius). Posteriormente se añadió 50 ml de agua destilada con
concentraciones de 0.5 mg/L y 1 mg/L de cadmio. Finalmente fueron filtradas con papel
Whatman N°40.
Los análisis de cadmio fueron efectuados en el Instituto Nacional de Pesca (INP)
debido a que posee el espectro de horno de grafito. El valor de pH y concentraciones
33
fueron los que habitualmente han venido siendo los más adecuados en este tipo de
estudios con dicho metal (Hammaini et al., 2000).
3.2.4. Método de Análisis de los Metales
La cuantificación de Cd en las muestras biológicas se la realizo por absorción atómica
con un espectro de horno de grafito marca Varian modelo 220Z Spectra, basado en el
procedimiento interno de Metales Pesados del INP, 2007 (PI-MP2, 2007). El método se
fundamenta en la destrucción de la materia orgánica por acción de las microondas en
medio ácido fuerte y consecuente liberación del Cadmio.
Luego de la digestión, una alícuota de la solución obtenida es sometida al programa
de calentamiento para la atomización del Cadmio en un horno de grafito y su
posterior determinación mediante absorción atómica a una longitud de onda de 228.8
Nm.
3.2.5. Análisis estadísticos
Para llevar a cabo el análisis de los datos obtenidos se utilizó el programa Microsoft
Office Excel 2013, para posteriormente ser interpretados a través de tablas y gráficos
estadísticos, para lo cual se empleó la siguiente fórmula:
mg/Kg Cd = mg/Kg en solución muestra x Volumen
Masa
Las pruebas estadísticas se realizaron utilizando el programa MINITAB 17.0.
Comenzando con la prueba de normalidad de Anderson Darling, para luego identificar la
igualdad de Varianza aplicando el test de homocedasticidad de Levene. Posteriormente
34
con el propósito de determinar la presencia de diferencias significativas entre
concentraciones de Cd en las diferentes muestras se empleó un análisis de Varianza
ANOVA de una vía en el que se estableció p<0.05 como valor significativo. Finalmente
se usó como prueba de comparaciones múltiples un test de Tukey. Sin embargo, cuando
existió ausencia de normalidad se aplicó la prueba no paramétrica de Kruskall-Wallis.
35
4. RESULTADOS
4.1. Resultados en material vegetal seco antes del tratamiento
Se seleccionaron macroalgas con potencial aplicación en biorremediación de agua
contaminada con cadmio, basándonos en su abundancia, facilidad de colecta y en
trabajos previos donde se demostraba el potencial de estas especies como
bioacumuladoras de metales pesados.
Posteriormente, se determinó el contenido basal de Cd presente en las algas
evidenciando su capacidad de acumular el metal pesado en altas concentraciones:
Acanthophora spicifera. (1,36±0,04 mg/Kg), Padina pavónica (0,31±0,27mg/Kg), y
Sargassum ecuadoreanum (0,2±0,24 mg/Kg), presentando Acanthophora spicifera. La
mayor concentración de Cd en comparación a las otras especies (F=26.98; P= 0.001)
(Figura 5). También se evidenció contaminación por este metal pesado en las áreas en
estudio, por lo que las especies en estudio pueden ser utilizadas como bioindicadores de
contaminación por Cd.
36
Figura 10. Concentración de Cd en muestras de material vegetal seco de las tres especies. Los resultados se muestran como barras que representan la media± desviación estándar (n=3). Letras iguales indican que no existe diferencias estadísticamente significativas de acuerdo con ANOVA de una vía (p<0.05) y test de Tukey.
4.2. Resultados en material vegetal seco con tratamiento
4.2.1. Remoción de Cd por los bioadsorbentes
En la Figura 6 se observa el porcentaje de remoción de Cd de los tres
bioadsorbentes: Acanthophora spicifera. (90±0,23%), Padina pavónica, (97 ± 1,41%) y
Sargassum ecuadoreanum (94±1,88%).La especie Padina pavónica presentó un mayor
porcentaje de remoción en relación a las otras dos especies, sin embargo, las diferencias
no fueron significativas (P>0.05).
0
0,2
0,4
0,6
0,8
1
1,2
1,4
1,6
Acanthophora Padina Sargassum
Cd (
mg/k
g)
A
B
B
37
Figura 11. Porcentaje de remoción de Cd en agua de las tres especies de macroalgas. Los resultados se muestran como barras que representan la media±desviación estándar, (n=3). Letras iguales señalan que no hay diferencias estadísticamente significativas según ANOVA de una vía (p<0.05) y test de Tukey.
86
88
90
92
94
96
98
100
Acanthophora Padina Sargassum
Rem
oci
ón d
e C
d (
%)
A
A
A
38
5. DISCUSIÓN
De acuerdo a los resultados obtenidos en esta investigación, los niveles de
concentración de cadmio en las muestras de material vegetal seco de las tres especies
de macroalgas obtenidas en los puntos de muestreo son altas. La especie Acanthophora
spicifera presentó la mayor concentración de este elemento tóxico (1,36 mg/Kg) antes
del tratamiento lo cual indica la existencia de un efluente de contaminación por este
metal.
Uno de los principales hallazgos de este proyecto es la capacidad de remoción de las
tres especies de macroalgas sujetas a estudio. Sargassum ecuadoreanum como control
positivo alcanzó un 94% superando a la Acanthophora spicifera, que presento un 90%
de remoción de cadmio, sin embargo, se descarta como biosorbente debido a que
modificó las propiedades organolépticas del agua (olor y color).
Por otro lado, Padina pavónica no presentó variación en las propiedades
organolépticas del agua, además, logró el mayor porcentaje de remoción de Cd (97%),
por lo que se la consideraría como la especie más óptima para ser empleada como
material biosorbente en futuros trabajos.
Estudios realizados por Cuizano y Navarro (2008) en Perú, indican que tanto la Padina
sp. como Sargassum sp. adsorben grandes cantidades de metales pesados como Pb y
de Cd. Igualmente, Rad et al., 2002 experimentaron la capacidad de adsorción de estas
especies en iones de cesio, obteniendo favorables resultados. Lo que demuestra que a
nivel de género Padina y Sargassum son excelentes hiperacumuladoras de metales
pesados, especialmente de Pb y Cd.
39
Asimismo, Santos et al. (2014) estudiaron la Biosorción de diversos metales como Cd,
Cu, Pb en macroalgas rojas (Gelidium floridanum) mostrando niveles bajos de
acumulación de Cd en comparación con la especie del mismo Phylum utilizada en esta
investigación (Acanthophora spicifera).
Una de las limitaciones del presente proyecto es que se cambiaron las propiedades
organolépticas del agua, lo cual puede asociarse al secado de las muestras de vegetal
al ambiente por lo que se sugiere se lo realice en estufa.
Es fundamental recalcar que pese a que se encontraron altos porcentajes de remoción
de cadmio, las macroalgas marinas son consideradas como material de desecho
yaciendo en las orillas de las playas. No obstante, su aplicación como biosorbentes para
la eliminación de contaminantes tóxicos las convierte en una alternativa prometedora
para el tratamiento de agua contaminada con este tipo de sustancias. Afirmando la
hipótesis planteada que es posible la remoción de cadmio en agua empleando
macroalgas debido a su potencial biosorbente.
Esto nos plantea la necesidad de buscar posibles explicaciones que aporten al
entendimiento de por qué se manifiesta estas altas concentraciones de Cd en los sitios
de muestreo seleccionados.
Finalmente analizar la posibilidad de recuperar el metal pesado después de ser
removido de la solución y adsorbido en el material biosorbente.
40
6. PROPUESTA DE UN BIOFILTRO DISEÑADO POR ASHLEY VACA
La propuesta es diseñada con la finalidad de complementar la Biosorción empleando
macroalgas con carbono activado. La necesidad de utilizar el carbono activado surge a
partir de la variación en las propiedades organolépticas del agua al emplear
Acanthophora spicifera como material biosorbente, así como las altas concentraciones
de Cd obtenidas a través de este estudio.
Se propone este diseño de biofiltro con Padina pavónica como principal biosorbente
para la eliminación de Cd en agua, debido a que alcanzó el mayor porcentaje de
remoción (97 ± 1,41%) y el uso de carbón activado para remover las impurezas orgánicas
que generen olor, color o sabor indeseable.
6.1. Descripción del Biofiltro
Utilizando un recipiente en forma cilíndrica con grifo en la parte inferior y en su
contenido un filtro dispuesto de la siguiente manera:
• Una capa protectora compuesta por una malla mosquetera donde se colocará el
material vegetal seco pulverizado.
• Una segunda capa de malla en donde irá un revestimiento de carbón activado, el
cual tendrá la función de retener en la superficie uno o más componentes, que se
encuentran disueltas en el líquido que este en contacto con él. Este será responsable
de purificar, desodorizar y decolorar el agua.
• Una última capa de malla formada por dos redes y entre ellas se hallará un
plumón; cuya función será absorber o retener las impurezas o materiales sobrantes
e impedir a través de la malla la transferencia de estos contenidos al agua filtrada.
41
Figura 12. Diseño del Biofiltro.
Fuente: Propia.
42
7. CONCLUSIONES
• Se seleccionaron las macroalgas Acanthophora spicifera, Padina pavónica y
Sargassum ecuadoreanum localizadas en la provincia de Santa Elena por su
potencial de acumular Cd en su medio natural: 1,36± 0,04 mg/Kg, 0,31± 0,27
mg/Kg y 0,2± 0,24 mg/Kg, respectivamente.
• Se determinó que existe altas concentraciones de cadmio en las zonas de estudio
seleccionadas.
• Se realizaron bioensayos de remoción de cadmio obteniendo porcentajes de 90%,
97%, y 94% para Acanthophora spicifera, Padina pavónica y Sargassum
ecuadoreanum. Sin embargo, la especie Acanthophora spicifera varío las
propiedades organolépticas, por lo que se recomienda el uso de la especie Padina
pavónica como bioabsorbente.
• Se propone mi diseño del biofiltro con la finalidad de evitar la variación en las
propiedades organolépticas del agua.
• Finalmente se acepta la hipótesis planteada, donde las algas son capaces de
remover cadmio en agua debido a su potencial biosorbente
43
8. RECOMENDACIONES
• Se recomienda que en el Ecuador se amplié el estudio de macroalgas, así mismo
la explotación y uso racional de este recurso natural.
• Realizar estudios periódicos en estas zonas debido a que son balnearios públicos
y aledaños a puertos pesqueros.
• Desarrollar monitoreos de cadmio en distintas estaciones del año en el sitio de
muestreo número dos correspondiente al Farallón Ballenita para comparar el
comportamiento de las concentraciones de este metal.
• Evaluar la fuente de contaminación de este metal por parte del Instituto Nacional
de Pesca (INP) e Instituto Oceanográfico de la Armada (INOCAR) en el área de
estudio.
• Realizar otros estudios en Padina pavónica en diversos metales pesados aparte
del cadmio como: Hg, Pb, Cr, dada su capacidad como bioindicador.
• Elaborar estudios de investigación a nivel trófico, principalmente de los
organismos que se alimentan de estas macroalgas y así determinar la existencia
de biomagnificación en el ambiente de este metal, debido a que puede afectar a
la población local y con ello al turismo.
• Efectuar nuevos experimentos tomando como línea base los resultados obtenidos
en esta investigación para analizar la remoción de otros metales pesados, por el
interés que representa saber sobre estos elementos poco estudiados en los
ecosistemas costeros del Ecuador.
44
9. REFERENCIAS BIBLIOGRÁFICAS
1. Acuerdo Ministerial No. 097. (2015). Quito, Ecuador.
2. Alcívar, M. y Mosquera, J. (2011). Concentración de metales pesados (Cr total, Pb,
Cd) en agua superficial y sedimentos en el Estero Salado (Guayaquil). (Tesis de Grado
para la obtención de título de Biólogo). Universidad de Guayaquil.
3. Arcos, V., Mero, M., Machuca, M. y Vera, L. (2009). Contaminación por metales
pesados e incidencia en organismos bentónicos en Cerrito de los Morreños, Golfo de
Guayaquil, Ecuador. Revista de Divulgación de la Dirección de Investigaciones y
Proyectos Académicos, 1 (1), 1390-5147.
4. Arnaiz, M. (2007). Valorización de rapa como bioadsorbente para la eliminación de
plomo de efluentes acuosos. Recuperado de:
http://upcommons.upc.edu/pfc/handle/2099.1/3694
5. Bermejo, D.F. (2016). Remoción de plomo y cadmio presente en aguas residuales
mineras mediante biosorción en columnas con bagazo de caña y cáscara de cacao.
(Tesis de Pregrado). Universidad de Cuenca. Recuperado de:
Http://dspace.ucuenca.edu.ec/bitstream/123456789/25710/1/Tesis.pdf
6. Caviedes, D., Muñoz, R., Perdomo, A., Rodríguez, D., Sandoval, I. (2015).
Tratamientos para la remoción de metales pesados comúnmente presentes en aguas
residuales industriales. Revista Ingeniería y Región, 13(1), 73-90.
45
7. Cañizares, R.O. (2000). Biosorción de metales pesados mediante el uso de biomasa
microbiana. Revista Latinoamericana de Microbiología, 42, 131-143.
8. Capó, M. (2002). Principios de ecotoxicología: diagnóstico, tratamiento y gestión del
medio ambiente. España: Mcgraw-Hill. 314 p.
9. Código Orgánico de Organización Territorial, Autonomía y Descentralización.
COOTAD, (2010).
10. Constitución de la República del Ecuador (2008). Asamblea Nacional Constituyente,
Ecuador.
11. Chojnacka, K. 2010. Bioabsorción y bioacumulación: Las perspectivas para la
práctica y aplicaciones. Environmental International, 36, 299-307.
12. Cuizano, N. Y Navarro, A. (2008). Biosorción de metales pesados por algas marinas:
posible solución a la contaminación a bajas concentraciones. Química y Medio
Ambiente, 104 (2), 120-125.
13. Delgadillo, A., González, C., Prieto, F., Villagómez, J., Acevedo, O. (2011).
Fitorremediación una alternativa para eliminar la contaminación. Tropical and
Subtropical Agroecosystems, 14, 597–612.
14. Des W, Connell. (2005). Basic concepts of environmental Chemistry. Boca Ratón,
Florida, Estados Unidos: CRC Press.
15. Dionisio, E. (2012). Aprovechamienti de residuos vegetales para la eliminación de
cobre presentes en medios acuosos mediante biosorción. (Tesis Doctoral).
46
Universidad de Granada. Recuperado de:
http://digibug.ugr.es/bitstream/10481/23727/1/21007330.pdf
16. Durán, M. (2004). Caracterización de los niveles de metales pesados en efluentes
industriales de la ciudad de Guayaquil. (Tesis de Grado para la obtención de título
de Ingeniero Químico). Universidad de Guayaquil.
17. Feria, J., Marrugo, J.L y González, H. (2010). Heavy metals in Sinú river. Department
of Córdoba, Colombia. South America. Rev. Fac. Ing Univ. Antioquia, 55, 35-44.
18. Furhan, I., Nadeem, R., Muhannad. A.A & Muhammad, A. (2006). Contamination of
Kallar Kahar Lake by inorganic elements and heavy metals and their temporal
variatons. J. Appl. Sci. Environ. Manage, 10(2), 95-98.
19. García, M. (2009). Tratamiento de Aguas Residuales Industriales Bloque III.
Tratamientos Específicos de Vertidos Industriales– Parte II. Universidad de Granada.
Recuperado de: http://www.ugr.es/~mgroman/archivos/TARI/teari-1.pdf
20. Goyal, P. y Srivastava, S. (2009). Biomaterial: diseño y caracterización con especial
referencia a mejorar la eficiencia de absorción para la eliminación de metales tóxicos
de aguas residuales, J. Hazard. Estera, 172, 1206-1211.
21. Guiry, M.D. y Guiry, G.M. (2017). AlgaeBase. World-wide electronic publication,
National University of Ireland, Galway. http://www.algaebase.org.
47
22. Hammaini, A., Ballester, A., Blázquez, M., González, F. y Muñoz, J. (2000). Efecto
de la presencia de plomo, cobre, cadmio y zinc en la biosorción por lodo activado.
Hidrometalurgia, 67, 109-116.
23. Higuera, O., Arroyave, J., & Florez, L. (2009). Industrias del curtido de cueros design
of a biofilter to reduce the contamination content by chromium generated in the
industries of the leather tanning. DYNA, 76(160), 107–119. Http://doi.org/0012-7353.
24. Jiménez, D. (2012). Cuantificación de Metales Pesados (Cadmio, Cromo, Níquel y
plomo) en agua superficial, Sedimentos y organismos (Crassostrea Columbiensis)
Ostión de Mangle en el puente Portete del Estero Salado. (Tesis de Pregrado).
Universidad de Guayaquil.
25. Kuffó, K. (2013). Niveles de cadmio, cromo, plomo, y su bioacumulación por Mytella
strigata delimitando la zona urbano-marginal en el Estero Salado de Guayaquil.
(Tesis de maestría, Universidad de Guayaquil).
26. Ley de Gestión Ambiental. No. 37. (1999). Registro Oficial # 245.
27. Ley de Prevención y Control de la Contaminación Ambiental. (2004). Registro Oficial
# 418.
28. Ley orgánica de recursos hídricos, usos y aprovechamiento del agua (2004). Quito:
Registro Oficial # 305.
29. Machado, S. (2017). Análisis del proceso de biosorción de cobre presente en
efluentes líquidos utilizando bagazo de caña de azúcar y cascara de cacao. (Tesis
48
de Grado para la Obtención del Título de Ingeniero Ambiental, Universidad de
Cuenca).
30. Madeddu, R. (2005). Estudio de la influencia del cadmio sobre el medioambiente y
el organismo humano: perspectivas experimentales, epidemiológicas y
morfofuncionales en el hombre y en los animales de experimentación. (Tesis
Doctoral). Universidad de Granada. Recuperado de:
http://digibug.ugr.es/bitstream/10481/728/1/15518231.pdf
31. Manoli, M. (2015). Evaluación de una estrategia de detoxificación de efluentes
contaminados con metales pesados utilizando algas marinas chilenas. Recuperado
de: https://goreatacama.gob.cl/wp-content/uploads/Informe-final-Evaluacion-de-una-
estrategia-de-detoxificacion-contaminados-con-metales-pesados-utilizando-algas-
marinas-chilenas.pdf
32. Marshall, R y Espinoza, J. (2016). Evaluación del poder biosorbente de las cáscaras
de cítricos (Limón y Toronja) para eliminación de metales pesados; Plomo (Pb) y
Mercurio (Hg) en aguas residuales sintéticas. (Trabajo de titulación previo a la
obtención del título de Ingeniero Químico), Universidad de Guayaquil.
33. Margalef, R. (1991). Teoría de los sistemas ecológicos. Publicaciones de la
Universidad de Barcelona, Barcelona, España., 290 pp.
34. Martín, M. (2008). Caracterización y aplicación de biomasa residual a la eliminación
de metales pesados. Universidad de Granada (España).
49
35. Martínez-Sánchez, M.J., Navarro, M.C., Pérez-Sirvent, C., Marimón, J., Vidal, J.,
García-Lorenzo, M.L., Bech, J. (2008). Assessment of the mobility of metals in a
mining-impacted. Journal of Geochemical Exploration, 96, 171-182.
36. Martínez, K., Souza, V., Bucio, L., Gómez, L., Gutiérrez, M. (2012). Cadmio: efectos
sobre la salud. Respuesta celular y molecular. Acta Toxicológica Argentina, 21, 33-
49.
37. Mead, M. (2010). Confusión por el cadmio. ¿Los consumidores necesitan
protección? Noticias de salud ambiental. Salud Publica Mex, 53, 178-185.
38. Mero, M. (2010). Determinación de metales pesados (Cd y Pb) en moluscos bivalvos
de interés comercial de cuatro esteros del golfo de Guayaquil. (Tesis de maestría,
Universidad de Guayaquil).
39. Moncayo, D., Trejos, R., Maridueña, A., Castro, R. (2010). Niveles de Mercurio,
Cadmio y Plomo en productos pesqueros de exportación. Ciencias del Mar y
Limnología, 2 (1), 65 – 74. Ecuador.
40. Monge, O., Guerrero, P., Almendáriz, F. (2009). Capacidad de adsorción del cobre
utilizando un consorcio bacteriano aislado del rio San Pedro, Sonora; XXVIII
Convención Minera Internacional, Veracruz.
41. Morales, D. y Ruíz, K. (2008). Determinación de la capacidad de remoción de
cadmio, plomo y níquel por hongos de la podredumbre blanca inmovilizados. (Tesis
de Grado). Pontificia Universidad Javeriana. Bogotá, D.C. Colombia. Recuperado de:
http://www.javeriana.edu.co/biblos/tesis/ciencias/tesis148.pdf
50
42. Muller, H. Y Salazar, M. (Ed). (1996). Algas Marinas del Ecuador. Guayaquil,
Ecuador: Instituto Nacional de Pesca Equipo Editor.
43. Navarro, A., Ramos, k., Campos, k., Maldonado, H. (2006) Elucidación del efecto del
pH en la adsorción de metales pesados mediante biopolímeros naturales: cationes
divalentes y superficies activas. Revista Iberoamericana de Polímeros, 7(2), 113 -
126.
44. Oquendo, J. (2016). Evaluación de thypa latifolia en la absorción de plomo y
propuesta de fitorremediación de aguas residuales con metales pesados en la laguna
de yahuarcocha. (Tesis para la obtención del título de Magister en Gestión Ambiental
en la Industria), Universidad Internacional SEK, Quito, Ecuador.
45. Ordoñez, C., Barahona, E., Ordoñez, J. (1992). Estudio de Residuos Industriales en
Tegucigalpa. Contaminantes Químicos 11 – 96.
46. Pascuali, R. (Ed). (2003). Química Ambiental. Buenos Aires, Argentina: Akadia
Editorial.
47. Pérez, E. Y Azcona, M. (2012). Los efectos del cadmio en la salud. Revista de
Especialidades Médico-Quirúrgicas, 17 (3), 199-205.
48. Pinto, F.C. (2004). Influencia de la materia orgánica sobre la absorción de cadmio,
zinc, cobre y hierro por las plantas de sorgo. Sci. Nene. Environ, 326, 239 – 247.
49. Planas, M. (2010). Metales pesados en la cuenca del Jequetepeque, Perú. (Tesis de
Grado presentada para la obtención del título de Ingeniero Químico), Universidad
51
Politécnica de Cataluña, Barcelona. Recuperado de:
http://upcommons.upc.edu/handle/2099.1/10583
50. Plaza, J. (2012). Remoción de metales pesados empleando algas marinas. (Tesis de
Doctorado), Universidad Nacional de la Plata. Recuperado de:
Http://sedici.unlp.edu.ar/bitstream/handle/10915/2770/Documento_completo__.pdf?
Sequence=17
51. Rad, J., Ghafourian, Y., Asef, S., Davarpanah, S., Sepher, J., Hazar, M. (2002).
Eliminación y recuperación de plomo utilizando biomasa no viva de algas marinas.
Química y Medio Ambiente, 92, 253−262.
52. Rainbow, P. (1993). The significance the trance metal concentration in marine
invertebrates. In Ecoxitology of metals in invertebrates. Lewis Publisher. Boca Raton,
3 -23pp.
53. Rainbow, P. (1995). Biomonitoreo de la disponibilidad de metales pesados en el
medio marino. Boletín de la contaminación marina, 31(4), 183-192.
54. Ramírez, N. (2016). Determinación de cadmio en los ríos Guayas, Daule y Babahoyo
mediante el estudio de concentraciones en agua, sedimento y en el caracol
manzana, Pomacea canaliculata (Lamarck, 1822) (Caenogastropoda:
Ampullariidae). (Tesis de Grado para la obtención de título de Ingeniero Ambiental),
Universidad de Guayaquil.
52
55. Ramírez, A. (2017). Determinación de cadmio y plomo en agua y sedimento del
Estero “El Macho” de la ciudad de Machala. (Tesis de Grado para la obtención de
título de Ingeniero Ambiental), Universidad de Guayaquil.
56. Reyes, Y., Vergara, I., Torres, O., Díaz, M., y González, E. (2016). Contaminación
por metales pesados: Implicaciones en salud, ambiente y seguridad alimentaria.
Ingeniería Investigación y Desarrollo, 16 (2), 66-77.
57. Rosas, H. (2005). Contaminación de sedimentos del río Anoia por metales pesados
(Barcelona – España). Investigación y Desarrollo, 5, 75 – 89.
58. Texto Unificado Legislación Secundaria (TULSMA). (2003). Medio ambiente, parte I,
Norma: Decreto Ejecutivo #3516. Quito: Registro Oficial Suplemento #2.
59. Rodríguez, J. y Alvarado, D. (2015). Propuesta de un plan de manejo ambiental, en
base a la presencia de metales pesados en el estero Huaylá, Pto Bolívar. (Tesis de
Grado para la obtención de título de Ingeniero Ambiental), Universidad Politécnica
Salesiana.
60. Romera, E. (2007). Estudio comparativo de la biosorción de metales pesados
utilizando diferentes tipos de algas. Bioresour Technol, 98 (17), 3344 - 53.
61. Rosas, H. (2001). Estudio de la contaminación por metales pesados en la cuenca del
Llobregat. (Tesis Doctoral. Universidad Politécnica de Catalunya. Departamento de
Ingeniería Minera y Recursos Naturales). Recuperado de:
htttp://www.upb.edu/sites/default/files/7rosasn5.pdf
53
62. Rosique, M. (2013). Bioadsorción de Cadmio por Biomasa de Opuntia. (Tesis de
Pregrado). Universidad Politécnica de Cartagena.
63. Caviedes, D., Muñoz, R., Perdomo, A., Rodríguez, D., Sandoval, I. (2015).
Tratamientos para la Remoción de Metales Pesados Comúnmente Presentes en
Aguas Residuales Industriales. Revista Ingeniería y Región,13 (1), 73-90.
64. Ruíz, J. (Ed.). (2003). Didáctica de la Química y Vida Cotidiana. Sección de
Publicaciones de la Escuela Técnica Superior de Ingenieros Industriales.
Universidad Politécnica de Madrid. Pp. 275 – 280.
65. Sakurai, K. (1982). Contaminación del suelo por cadmio en Japón. Centro
Panamericano de Ingeniería Sanitaria y Ciencias del Ambiente OPS/OMS. Seminario
Internacional de Contaminación y Protección Ambiental. Universidad Austral de chile.
Recuperado de: Http://www.bvsde.paho.org/bvsacd/scan2/012435/012435.pdf.
66. Salomons, W. y Förstner, U. (1984). Metales en el ciclo hidrológico. Springer Verlag,
Berlin Heildelberg, Nueva York.
67. Santos, R., Schmidt, E., Marthiellen, R., Polo, L., Kreusch, M., Pereira, D., Costa, G.,
Simioni, C., Chow, F., Ramlov, F., Maraschin, M. And Bouzon, Z. (2014).
Bioabsorption of cadmium, copper and lead by the red macroalga Gelidium
floridanum. Ecoxitology and Environmental Safety, 105, 80-89.
68. Tejada, C., Villabona, A. y Garcés, L. (2015). Adsorción de metales pesados en
aguas residuales usando materiales de origen biológico. Tecno Lógicas, 34, 109-
123.
54
69. Tenorio, G. (2006). Caracterización de la biosorción del cromo con hueso de
aceituna, 1–309. Recuperado
de:http://scholar.google.com/scholar?Hl=en&btng=Search&q=intitle:Caracterizaci?N
+de+la+biosorci?N+de+cromo+con+hueso+de+aceituna#0
70. Torres, R. y Juviña, P. (2005). Desarrollo e implementación de un sistema de
monitorización mediante sensores químicos de un proceso de biosorción para la
recuperación de ion cobre (II) en efluentes acuosos. (Tesis de Maestría), Universidad
Politécnica de Cataluña.
71. Vahter, M., Berglung, M., Nermell, B., Akesson, A. (1996). Biodisponibilidad de
Cadmio de Mariscos y Dieta Mixta en mujeres. Toxicol Appl Pharm, 136, 332 - 341.
72. Vera, L. (2015). Biosorción, una alternativa para reducir la contaminación. Secretaria
de Educación Superior, Ciencia, Tecnología e Innovación. Recuperado de:
Http://prometeo.educacionsuperior.gob.ec/biosorcion-una-alternativa-para-reducir-
la-contaminacion/
73. Verma, A., Kumar, S., y Kumar, S. (2016). Bioabsorption of lead ions from the
aqueous solution by Sargassum filipéndula: Equilibrium and Kinetic studies. Journal
of Environmental Chemical Engineering, 1306,13p.
74. Volesky, B. (1990). Biosorption of heavy metals. CRC press, Tnc, USA, p, 7-43.
75. Wang, J. y Chen, C. (2006). Biosorption of heavy metals by Saccharomyces
cerevisiae: a review. Biotechnology Advances, 24, 427-51.
55
10. APÉNDICE O ANEXOS
10.1. Pruebas estadísticas y test de normalidad de Anderson - Darling
56
10.2. Pruebas de igualdad de varianza y pruebas de comparación
Prueba de varianzas iguales: Cd (mg/kg) vs. Especie Método Hipótesis nula Todas las varianzas son iguales Hipótesis alterna Por lo menos una varianza es diferente Nivel de significancia α = 0.05 Intervalos de confianza de Bonferroni de 95% para desviaciones estándar Especie N Desv.Est. IC Acanthophora 3 0.045826 (0.0006023, 17.261) Padina 3 0.274651 (0.0036096, 103.452) Sargassum 3 0.242693 (0.0031896, 91.414) Nivel de confianza individual = 98.3333% Pruebas Estadística Método de prueba Valor p Comparaciones múltiples — 0.085 Levene 0.57 0.594 Prueba de varianzas iguales: Cd (mg/kg) vs. Especie ANOVA unidireccional: Cd (mg/kg) vs. Especie Método Hipótesis nula Todas las medias son iguales Hipótesis alterna Por lo menos una media es diferente Nivel de significancia α = 0.05 Se presupuso igualdad de varianzas para el análisis. Información del factor
57
Factor Niveles Valores Especie 3 Acanthophora, Padina, Sargassum Análisis de Varianza Fuente GL SC Ajust. MC Ajust. Valor F Valor p Especie 2 2.4540 1.22698 26.98 0.001 Error 6 0.2729 0.04548 Total 8 2.7268 Resumen del modelo R-cuad. R-cuad. S R-cuad. (ajustado) (pred) 0.213255 89.99% 86.66% 77.48% Medias Especie N Media Desv.Est. IC de 95% Acanthophora 3 1.3600 0.0458 (1.0587, 1.6613) Padina 3 0.313 0.275 ( 0.012, 0.615) Sargassum 3 0.200 0.243 (-0.101, 0.501) Desv.Est. agrupada = 0.213255 Comparaciones en parejas de Tukey Agrupar información utilizando el método de Tukey y una confianza de 95% Especie N Media Agrupación Acanthophora 3 1.3600 A Padina 3 0.313 B Sargassum 3 0.200 B Las medias que no comparten una letra son significativamente diferentes. ICs simultáneos de 95% de Tukey Gráfica de intervalos de Cd (mg/kg) vs. Especie
58
Gráfica de probabilidad de PORCENTAJE DE REMOCIÓN Prueba de Kruskal-Wallis: PORCENTAJE DE REMOCIÓN vs. TRATAMIENTO Prueba de Kruskal-Wallis en PORCENTAJE DE REMOCIÓN Clasificación TRATAMIENTO N Mediana del promedio Z ACAN 0,5 3 0.9000 4.3 -1.84 ACAN 1 3 0.9100 4.7 -1.72 PAD 0,5 3 0.9600 11.5 0.71 PAD 1 3 0.9800 16.5 2.49 SAR 0,5 3 0.9600 10.3 0.30 SAR1 3 0.9600 9.7 0.06 General 18 9.5 H = 10.92 GL = 5 P = 0.053 H = 11.47 GL = 5 P = 0.043 (ajustados para los vínculos) * NOTA * Una o más muestras pequeñas ANOVA unidireccional: PORCENTAJE DE REMOCIÓN vs. TRATAMIENTO Método Hipótesis nula Todas las medias son iguales Hipótesis alterna Por lo menos una media es diferente Nivel de significancia α = 0.05 Se presupuso igualdad de varianzas para el análisis. Información del factor Factor Niveles Valores TRATAMIENTO 6 ACAN 0,5, ACAN 1, PAD 0,5, PAD 1, SAR 0,5, SAR1 Análisis de Varianza Fuente GL SC Ajust. MC Ajust. Valor F Valor p TRATAMIENTO 5 0.01309 0.002619 2.46 0.094 Error 12 0.01280 0.001067
59
Total 17 0.02589 Resumen del modelo R-cuad. R-cuad. S R-cuad. (ajustado) (pred) 0.0326599 50.57% 29.97% 0.00% Medias TRATAMIENTO N Media Desv.Est. IC de 95% ACAN 0,5 3 0.90667 0.01155 (0.86558, 0.94775) ACAN 1 3 0.9100 0.0200 ( 0.8689, 0.9511) PAD 0,5 3 0.9600 0.0000 ( 0.9189, 1.0011) PAD 1 3 0.9800 0.0000 ( 0.9389, 1.0211) SAR 0,5 3 0.95333 0.01155 (0.91225, 0.99442) SAR1 3 0.9267 0.0757 ( 0.8856, 0.9678) Desv.Est. agrupada = 0.0326599 Comparaciones en parejas de Tukey Agrupar información utilizando el método de Tukey y una confianza de 95% TRATAMIENTO N Media Agrupación PAD 1 3 0.9800 A PAD 0,5 3 0.9600 A SAR 0,5 3 0.95333 A SAR1 3 0.9267 A ACAN 1 3 0.9100 A ACAN 0,5 3 0.90667 A Las medias que no comparten una letra son significativamente diferentes. Prueba de Kruskal-Wallis: Cd (mg/L)_1_1 vs. Tratamiento_1_1_1 Prueba de Kruskal-Wallis en Cd (mg/L)_1_1 Clasificación Tratamiento_1_1_1 N Mediana del promedio Z
60
Acan 0.5 3 0.05000 2.0 -1.96 Acan 1 3 0.09000 5.0 1.96 General 6 3.5 H = 3.86 GL = 1 P = 0.050 H = 3.97 GL = 1 P = 0.046 (ajustados para los vínculos) * NOTA * Una o más muestras pequeñas ANOVA unidireccional: Cd (mg/L)_1 vs. Tratamiento_1_1 Método Hipótesis nula Todas las medias son iguales Hipótesis alterna Por lo menos una media es diferente Nivel de significancia α = 0.05 Se presupuso igualdad de varianzas para el análisis. Información del factor Factor Niveles Valores Tratamiento_1_1 6 Acan 0.5, Acan 1, Padina 0.5, Padina 1, Sargassum 0.5,
Sargassum 1 Análisis de Varianza Fuente GL SC Ajust. MC Ajust. Valor F Valor p Tratamiento_1_1 5 0.01364 0.002729 2.64 0.078 Error 12 0.01240 0.001033 Total 17 0.02604 Resumen del modelo R-cuad. R-cuad. S R-cuad. (ajustado) (pred) 0.0321455 52.39% 32.55% 0.00% Medias Tratamiento_1_1 N Media Desv.Est. IC de 95%
61
Acan 0.5 3 0.04667 0.00577 ( 0.00623, 0.08710) Acan 1 3 0.0900 0.0200 ( 0.0496, 0.1304) Padina 0.5 3 0.02000 0.00000 (-0.02044, 0.06044) Padina 1 3 0.02000 0.00000 (-0.02044, 0.06044) Sargassum 0.5 3 0.02333 0.00577 (-0.01710, 0.06377) Sargassum 1 3 0.0733 0.0757 ( 0.0329, 0.1138) Desv.Est. agrupada = 0.0321455 Comparaciones en parejas de Tukey Agrupar información utilizando el método de Tukey y una confianza de 95% Tratamiento_1_1 N Media Agrupación Acan 1 3 0.0900 A Sargassum 1 3 0.0733 A Acan 0.5 3 0.04667 A Sargassum 0.5 3 0.02333 A Padina 1 3 0.02000 A Padina 0.5 3 0.02000 A Las medias que no comparten una letra son significativamente diferentes. ICs simultáneos de 95% de Tukey Gráfica de intervalos de Cd (mg/L)_1 vs. Tratamiento_1_1 Prueba de Kruskal-Wallis: Cd (mg/L)_1 vs. Tratamiento_1_1 Prueba de Kruskal-Wallis en Cd (mg/L)_1 Clasificación Tratamiento_1_1 N Mediana del promedio Z Acan 0.5 3 0.05000 12.8 1.18 Acan 1 3 0.09000 16.0 2.31 Padina 0.5 3 0.02000 5.0 -1.60 Padina 1 3 0.02000 5.0 -1.60 Sargassum 0.5 3 0.02000 6.7 -1.01 Sargassum 1 3 0.04000 11.5 0.71 General 18 9.5 H = 11.15 GL = 5 P = 0.049
62
H = 12.75 GL = 5 P = 0.026 (ajustados para los vínculos) * NOTA * Una o más muestras pequeñas
63
2 de Enero del 2017
Figura 13. Recolección de Macroalgas Marinas.
Figura 14. Extracción de Epífitas y Episóicos.
64
Figura 15. Secado del Material Vegetal al Ambiente
Figura 16. Trituración del Material Vegetal Seco.
65
11 de Octubre del 2017
Figura 17. Preparación de Solución Estándar de Cadmio.
66
13 de Octubre del 2017
Figura 18. Proceso de Filtración de las muestras.
Figura 19. Preparación de las Muestras para la Lectura de Cadmio.
67
