ESCUELA POLITEacuteCNICA NACIONAL

FACULTAD DE INGENIERIacuteA QUIacuteMICA Y

AGROINDUSTRIA

REMOCIOacuteN DE ARSEacuteNICO DE EFLUENTES LIacuteQUIDOS DE

PLANTAS DE BENEFICIO DE ORO Y CUERPOS HIacuteDRICOS DE

LA ZONA MINERA DE PONCE ENRIacuteQUEZ POR RIZOFILTRACIOacuteN

CON PASTO AZUL (DACTYLIS GLOMERATA)

TESIS PREVIA A LA OBTENCIOacuteN DE GRADO DE MAacuteSTER (MSc) EN

METALURGIA EXTRACTIVA

AacuteNGELA MIREYA QUISHPE BALLAGAacuteN

angelaquishpeepneduec

DIRECTOR ING ALICIA GUEVARA PhD

aliciaguevaraepneduec

Quito Junio 2020

copy Escuela Politeacutecnica Nacional (2020)

Reservados todos los derechos de reproduccioacuten

DECLARACIOacuteN DE AUTORIacuteA

ldquoYo Aacutengela Mireya Quishpe Ballagaacuten declaro bajo juramento que el trabajo aquiacute descrito es de mi autoriacutea que no ha sido previamente presentado para ninguacuten grado o calificacioacuten profesional y que he consultado las referencias bibliograacuteficas que se incluyen en este documento Sin perjuicio de los derechos reconocidos en el primer paacuterrafo del artiacuteculo 114 del Coacutedigo Orgaacutenico de la Economiacutea de los Conocimientos Creatividad e Innovacioacuten ndashCOESC- cedo los derechos patrimoniales de este trabajo a la Escuela Politeacutecnica Nacionalrdquo

___________________________ Aacutengela Mireya Quishpe Ballagaacuten

CI 172009870-4

CERTIFICACIOacuteN

Certifico que el presente trabajo fue desarrollado por Aacutengela Mireya Quishpe Ballagaacuten bajo mi supervisioacuten

_______________________________ Ing Alicia Guevara Caiquetaacuten PhD

DIRECTORA DEL PROYECTO

AUSPICIO

La presente investigacioacuten contoacute con el auspicio financiero del proyecto PII-DEMEX-001-2019 que se ejecutoacute en el Departamento de Metalurgia Extractiva de la Facultad de Ingenieriacutea Quiacutemica y Agroindustria

AGRADECIMIENTOS Primero agradezco a Dios por darme la fortaleza durante esta nueva etapa de formacioacuten acadeacutemica por permitirme estar rodeada de personas maravillosas como mi familia y amigos A mi madre por siempre ser mi ejemplo de perseverancia y lucha ante las adversidades a mi padre por estar presente en cada paso que doy a mis hermanas Mayra Pilar y Cristina mi hermano Luis mi cuntildeado Ricardo y a mis sobrinos Byron Juan Santiago Ximena Bruno Nicolaacutes y Leandro quienes han sido un pilar fundamental en mi vida y son la fuerza para seguir adelante Un agradecimiento especial a mi sobrino Byron por ser mi mayor apoyo durante esta etapa por su carintildeo incondicional y por ser el mejor compantildeero de estudio que he tenido y en ocasiones por ser el mejor profesor gracias por tu paciencia A la Ing Alicia Guevara por su guiacutea durante el desarrollo del presente trabajo de investigacioacuten por su amistad durante todos estos antildeos y en especial por ser ese empuje que en ocasiones necesitaba Al Departamento de Metalurgia Extractiva por abrirme nuevamente las puertas a mis profesores Ing Ernesto de la Torre Ing Dianita Endara Ing Edy Pazmintildeo Ing Ximena Diacuteaz y Ely gracias por todos los conocimientos impartidos a Eve y Verito por su ayuda y paciencia en los ensayos A mis compantildeeros de maestriacutea Luchito T Stalin Freddy Luchito G y Cris gracias por su amistad apoyo y risas en los momentos maacutes difiacuteciles A Liz Adri Pao Soraya y Vale quienes me apoyaron durante el desarrollo del proyecto de investigacioacuten sin ustedes no hubiese sido posible llegar a este punto Finalmente agradezco a mis amigos principalmente a Silvi Yady Jenny Vivi Vero Michael Tontildeo Stephy y Any quienes siempre me dieron los mejores aacutenimos para no decaer y sobretodo por ser mi segunda familia

DEDICATORIA

A mi madre Beatriz por su amor incondicional y fortaleza ya que sin ella nada seriacutea posible

Remocioacuten de Arseacutenico de Efluentes Liacutequidos de Plantas de Beneficio de Oro y Cuerpos Hiacutedricos de la Zona Minera de Ponce Enriacutequez por Rizofiltracioacuten con Pasto Azul (dactylis glomerata)

Remocioacuten de Arseacutenico de Efluentes Liacutequidos de Plantas de Beneficio de

Oro y Cuerpos Hiacutedricos de la Zona Minera de Ponce Enriacutequez por

Rizofiltracioacuten con Pasto Azul (dactylis glomerata)

Quishpe Aacutengela(1) Guevara Alicia(2)

Departamento de Metalurgia Extractiva Escuela Politeacutecnica Nacional Ladroacuten de Guevara E11-253 Quito Ecuador

Teleacutefono (5932)2976300 (ext5806) E-Mail (1) angelaquishpeepneduec (2)aliciaguevaraepneduec

Resumen El presente trabajo se evaluoacute la remocioacuten de As de muestras de agua de dos cuerpos hiacutedricos y dos efluentes de

plantas de beneficio de oro de la zona minera de Camilo Ponce Enriacutequez a traveacutes del tratamiento de rizofiltracioacuten con pasto azul

(dactylis glomerata) Esta especie fue previamente seleccionada por su capacidad de remocioacuten de As del 96 en soluciones

sinteacuteticas Para el estudio se partioacute de concentraciones de As de 012 y 027 mgL-1 para muestras de los riacuteos Siete y Chico y

014 y 024 mgL-1 para efluentes de dos plantas de beneficio respectivamente Despueacutes del cuarto diacutea de tratamiento por

rizofiltracioacuten la concentracioacuten de As ya presentaba valores bajo el liacutemite maacuteximo permisible establecido en la normativa

ambiental ecuatoriana (005 y 01 mgL-1) que corresponden al 80 de remocioacuten Asiacute mismo se determinoacute que maacutes del 70 del

As contenido en las especies se acumula en la raiacutez esto debido a la retencioacuten del metaloide en la pared celular como por la

complejacioacuten de las fitoquelatinas en la vacuola celular de la planta A partir de los resultados obtenidos a escala laboratorio se

realiza una prueba piloto en un humedal artificial con 5 L de muestras de efluente logrando una remocioacuten del 98 de As al

segundo diacutea de tratamiento la eficiencia del proceso se incrementoacute debido a la interaccioacuten del sistema radicular del pasto azul

con el sustrato del humedal

Palabras clave Arseacutenico rizofiltracioacuten cuerpos hiacutedricos efluentes liacutequidos remocioacuten

Abstract The present study evaluated the removal of As from water samples from two rivers and two effluents from gold

processing plants in the mining area of Camilo Ponce Enriquez through the treatment of rizofiltration with blue grass (dactylis

glomerata) This species was previously selected for its 96 As removal capacity in synthetic solutions For the study

concentrations of As of 012 and 027 mgL-1 were used for samples of the Siete and Chico rivers and 014 and 024 mgL-1 for

effluents of two gold processing plants respectively After the fourth day of treatment by rizofiltration the concentration of As

already had values below the maximum permissible limit established in the Ecuadorian environmental regulations (005 and 01

mgL-1) that correspond to 80 removal Likewise it was determined that more than 70 of the As contained in the species

accumulates in the root this due to the retention of the metalloid in wall cell as well as the complexation of the phytochelatins

in the cellular vacuole of the plant From the results obtained at the laboratory scale a pilot test is carried out in an artificial

wetland with 5 L of effluent samples achieving a 98 removal of As on the second day of treatment the efficiency of the

process was increased due to the interaction of the root of the blue grass with the wetland substrate

Keywords Arsenic rhizofiltration rivers liquid effluents removal

1 INTRODUCCIOacuteN

En Ecuador tanto la extraccioacuten como el procesamiento de oro

se han desarrollado principalmente a escala artesanal y de

pequentildea mineriacutea ambos caracterizados por un escaso nivel de

tecnificacioacuten y la insuficiente participacioacuten de personal

capacitado Esta situacioacuten ha provocado entre otros

problemas la inadecuada gestioacuten de los recursos naturales el

incremento de riesgos geoloacutegicos la deficiencia de sistemas

de seguridad y salud ocupacional ademaacutes de la contaminacioacuten

del agua suelo y aire (Cumbal et al 2014)

Esta problemaacutetica se hace maacutes evidente en las provincias de

Azuay El Oro y Zamora Chinchipe especiacuteficamente en los

distritos mineros de Nambija Portovelo-Zaruma y Camilo

Ponce Enriacutequez (Ministerio de Mineriacutea 2016) En estas zonas

los minerales auriacuteferos que contienen cantidades importantes

(gt 15) de sulfuros como pirita pirrotina arsenopirita y

calcopirita (De la Torre y Diacuteaz 2000) se procesan en molinos

chilenos (trapiches) se concentran gravimeacutetricamente y el oro

grueso presente se recupera por amalgamacioacuten con mercurio

esto a pesar de la prohibicioacuten establecida en la Reforma de la

Ley de Mineriacutea del antildeo 2013 El oro fino del material residual

se recupera por cianuracioacuten y este proceso genera grandes

voluacutemenes de efluentes que contienen concentraciones

elevadas de metales como As Cu y Hg

Los efluentes generados en estos procesos metaluacutergicos son

considerados desechos peligrosos sin embargo en muchos

casos debido a una inadecuada gestioacuten ambiental y ubicacioacuten

geograacutefica estos son depositados cerca de pendientes y riacuteos

(Appleton et al 2001) Las descargas al ambiente sin ninguacuten

tratamiento previo de efluentes que contienen metales pesados

disueltos y otras sustancias quiacutemicas ha generado que la mayor

Remocioacuten de Arseacutenico de Efluentes Liacutequidos de Plantas de Beneficio de Oro y Cuerpos Hiacutedricos de la Zona Minera de Ponce Enriacutequez por Rizofiltracioacuten con Pasto Azul (dactylis glomerata)

afectacioacuten ambiental se concentre en los cuerpos hiacutedricos de

las aacutereas cercanas a la explotacioacuten minera (Jimeacutenez et al

2016 Tarras et al 2001 Cumbal et al 2014) Esta situacioacuten

representa un riesgo potencial para el ambiente los habitantes

de estas zonas asiacute como a la agricultura y acuacultura

(PRODEMINCA 1998)

En este contexto los metales pesados presentes tanto en los

efluentes liacutequidos como en los relaves generados en los

procesos de extraccioacuten auriacutefera constituyen un riesgo latente

debido a su peligrosidad ya que al no ser ni quiacutemica ni

bioloacutegicamente degradables pueden permanecer cientos de

antildeos en el ambiente y provocar la degradacioacuten de los cuerpos

hiacutedricos (Tarras et al 2001)

La preocupacioacuten que ha generado este tema ha llevado a que

se realice monitoreos de la calidad de agua de los tres

principales distritos mineros del Ecuador realizados por

PRODEMINCA (1998) Appleton et al (2001) asiacute como

INIGEMM (2014) En estos estudios se determinoacute que la

concentracioacuten de As en los riacuteos de la zona de Camilo Ponce

Enriacutequez es superior a la de los ubicados en Zaruma Portovelo

y Nambija conforme se detalla en la Tabla 1

Se ha determinado que los cuerpos hiacutedricos del distrito minero

de Camilo Ponce Enriacutequez presentan valores promedio de As

20 veces superiores a los liacutemites maacuteximos permisibles

establecidos por la normativa ambiental para la preservacioacuten

de la vida acuaacutetica y silvestre en agua dulce (005 mg L-1) y

64 veces maacutes que la concentracioacuten miacutenima recomendada por

la Organizacioacuten Mundial de la Salud (10 ug L-1)

Tabla 1 Resultados del monitoreo de la concentracioacuten de As en los cuerpos hiacutedricos de los 3 principales distritos mineros

Distrito minero Zona de muestreo As (mgL-1)

Camilo Ponce

Enriacutequez

Riacuteo Chico-Riacuteo Gala(3) 282

Quebrada Jaboacuten(2) 0893

Riacuteo Siete(3) 0785

Riacuteo Chico(2) 0051

Riacuteo Siete (valor maacuteximo)(1) 047

Quebrada Cantildea Quemada(3) 0044

Riacuteo Guanache(2) 0036

Ex Camp Militar Saraguro(2)

0027

Riacuteo Tenguel(2) 0003

Zaruma -

Portovelo

Riacuteo Calera(3) 1983

Riacuteo Calera AJ Amarillo(2) 052

Riacuteo Amarillo AJ Pindo(2) 0343

Riacuteo Amarillo(2) 0302

Riacuteo Pindo(3) 0051

Riacuteo Amarillo(3) 0001

Riacuteo Calera y Amarillo(1) ND

Nambija

Quebrada Calixto(3) 0026 Quebrada Nambija(2) 0016

Quebrada Cambana(3) 0009

Quebrada Calixto(2) 0003 Riacuteo Nambija(3) 0003

Las Orquiacutedeas(2) 0002

Riacuteo Nambija(1) ND Quebrada Campanas(2) ND

Quebrada Cumay(2) ND

Liacutemite maacuteximo permisible As (mg L-1)(4) 005

Fuente (1) (Appleton et al 2001) (2) (INIGEMM 2014) (3) (PRODEMINCA 1998) (4) Liacutemite Maacuteximo Permisible Anexo 1 Tabla 2

Criterio de Calidad Admisible para la preservacioacuten de la vida acuaacutetica y silvestre en agua dulce marinas y de estuario TULSMA 2015 ND no se

ha determinado valor

Por este motivo es de vital importancia que los efluentes

liacutequidos generados en las plantas de beneficio antes de su

descarga a los cuerpos hiacutedricos cuenten con un tratamiento

previo ya que la exposicioacuten prolongada a eacuteste metaloide

puede causar alteraciones en el sistema nervioso y circulatorio

asiacute como en la piel pudiendo llegar a provocar

hidroarsenicismo croacutenico regional endeacutemico (HACRE)

enfermedad que se atribuye al consumo de agua con alto

contenido de As durante un largo tiempo e incluso provocar

caacutencer de piel pulmoacuten vejiga entre otros (Minaverry amp

Caacuteceres 2016 Salido et al 2003 OMS 2018 Vithanage et

al 2017)

Actualmente existen varios estudios sobre la aplicacioacuten de

teacutecnicas de remediacioacuten para la remocioacuten de As en agua entre

las cuales se consideran procesos fiacutesicos quiacutemicos como son

adsorcioacuten intercambio de iones precipitacioacutenndashcoagulacioacuten

filtracioacuten de membrana tambieacuten se contemplan procesos

bioloacutegicos como tratamientos con microorganismos o bio

filtracioacuten asiacute como la fitorremediacioacuten (Jang et al 2005

Boglione R et al 2019 Mondal et al 2006 McCutcheon amp

Joslashrgensen 2008)

La fitorremediacioacuten es una alternativa sustentable y de bajo

costo para la rehabilitacioacuten de ambientes afectados por

contaminantes naturales y antropogeacutenicos y es especialmente

uacutetil para el tratamiento de metales pesados (Delgadillo et al

2011 Gonzales 2014 Covarrubias amp Pentildea 2016 Tiwari

2019) ya que aprovecha la capacidad de especies vegetales

para extraer acumular inmovilizar y transformar los

contaminantes del agua (Rahman amp Hasegawa 2011) Las

plantas empleadas son capaces de retener altas

concentraciones de metales toacutexicos en sus raiacuteces brotes y

hojas (Tangahu et al 2011) por lo que se las ha definido

como un sistema de bombeo y filtracioacuten impulsado por energiacutea

solar que actuacutean como acumuladores que sobreviven a pesar

de concentrar contaminantes en sus tejidos eacutestos los

biodegradan o bio-transforman en formas inertes

(Cunningham et al 1993)

Existen especies vegetales que son maacutes eficaces para absorber

diferentes tipos de metales como el Pb Zn Cu Co Cr As y

varios radionucleiacutedos Los cambios maacutes importantes que se

aprecian en las plantas empleadas en estos tratamientos son

morfoloacutegicos y de deficiencia de crecimiento eacutestos dependen

del tipo de especie utilizada en el tratamiento (Raskin et al

1997 Yadav et al 2011 Ali et al 2013)

Las teacutecnicas de fitorremediacioacuten tienen varias ventajas ya que

las plantas pueden prosperar en ambientes altamente toacutexicos

debido a que requieren poco cuidado ademaacutes de generar gran

cantidad de biomasa rica en metales que una vez finalizado el

tratamiento pueden reciclarse pero tambieacuten se enfrentan a

desafiacuteos como la baja reproduccioacuten de las especies en medios

menos controlados y la concentracioacuten excesiva de metales

pesados que limita la remocioacuten de los mismos (McIntyre T

2003 Ali et al 2013)

Una de las teacutecnicas de fitorremediacioacuten maacutes aplicada en medio

acuaacutetico es la rizofiltracioacuten donde las raiacuteces absorben

concentran y precipitan los metales pesados presentes en aguas

Remocioacuten de Arseacutenico de Efluentes Liacutequidos de Plantas de Beneficio de Oro y Cuerpos Hiacutedricos de la Zona Minera de Ponce Enriacutequez por Rizofiltracioacuten con Pasto Azul (dactylis glomerata)

residuales este proceso incluye el transporte de contaminantes

metaacutelicos hacia la superficie de la raiacutez absorbente asiacute como la

absorcioacuten del metal a traveacutes de las membranas de las ceacutelulas

de la raiacutez hacia la biomasa siendo importante las interacciones

entre planta-agua a fin de controlar la recuperacioacuten de

contaminantes especiacuteficos de los cuerpos hiacutedricos

(Dushenkov et al 1995 Yadav et al 2011 Verma et al

2006)

Las plantas maacutes efectivas para este tipo de fitoremediacioacuten

son las especies terrestres que crecen en medios hidropoacutenicos

cuyas raiacuteces deben ser de raacutepido crecimiento con la capacidad

de eliminar metales toacutexicos durante largos periacuteodos de tiempo

de exposicioacuten (Raskyn et al 1997 Khilji amp Bareen 2008)

La rizofiltracioacuten presenta varias ventajas como depurar varios

metales tratar grandes voluacutemenes de efluentes menor

necesidad de productos quiacutemicos toacutexicos reduccioacuten del

volumen de residuos secundarios reciclaje y efectividad en el

cumplimiento de la normativa ambiental (Raskyn et al 1997

Dushenkov et al 1995 Padmavathiamma et al 2007 Yadav

et al 2011)

Ejemplos exitosos del uso de esta teacutecnica son los humedales

artificiales camas de cantildea y sistemas de planta flotante para el

tratamiento de algunos tipos de aguas residuales en este caso

los metales se acumulan mayoritariamente en las raiacuteces de las

plantas empleadas Trabajos realizados por Lintildeaacuten (2016)

Flores (2017) y Barreto (2019) lograron obtener valores de

remocioacuten de As en soluciones sinteacuteticas de 22 50 98

96 empleando especies como la Quinuilla (Chenopodium

aacutelbum) cebolla Allium cepa Jacinto de agua (Eichhornia

crassipes) Pasto Azul (Dactylis glomerata) respectivamente

Hasta ahora en el Ecuador no se evidencia la aplicacioacuten de

sistemas de remediacioacuten de aguas contaminadas por As en

zonas mineras La presente investigacioacuten tiene como objetivo

principal evaluar la capacidad de remocioacuten de este metal de

efluentes liacutequidos de plantas de beneficio y de cuerpos hiacutedricos

ubicados en el distrito Minero de Camilo Ponce Enriacutequez

En este trabajo se emplearaacute la rizofiltracioacuten con pasto azul

(Dactylis glomerata) para absorber acumular estabilizar o

reducir el As presente en efluentes liacutequidos de dos plantas de

beneficio y dos cuerpos hiacutedricos del distrito minero en

referencia El tratamiento se aplicaraacute hasta alcanzar niveles de

As inferiores a los liacutemites maacuteximos permisibles establecidos

en la normativa ambiental ecuatoriana tanto a escala

laboratorio como piloto A partir de los resultados obtenidos

se espera motivar la aplicacioacuten del proceso por parte de las

empresas mineras de la zona como un tratamiento no

convencional que mejorariacutea la gestioacuten ambiental de sus

actividades

2 METODOLOGIacuteA

21 Caracterizacioacuten de las muestras de estudio

211 Seleccioacuten de la zona de estudio

Con base en la informacioacuten existente sobre los monitoreos de

calidad de agua de los riacuteos en los principales distritos mineros

del sur de Ecuador realizadas por PRODEMINCA (1998)

Appleton et al (2001) asiacute como por el INIGEMM (2014) se

seleccionoacute como aacuterea de estudio el distrito de Camilo Ponce

Enriacutequez

En esta zona se identificaron dos cuerpos hiacutedricos (riacuteo Siete y

riacuteo Chico) que presentaban concentraciones elevadas de As

que son superiores a 005 mg L-1 liacutemite maacuteximo permisible

establecido en la normativa ambiental ecuatoriana Anexo 1

Tabla 2 (Ministerio del Ambiente 2015)

Ademaacutes se identificaron dos plantas de beneficio ubicadas en

la zona de influencia de los cuerpos hiacutedricos seleccionados

cuyos efluentes liacutequidos presentaron concentraciones de As

superiores a 01 mgL-1 que corresponde al liacutemite maacuteximo

permisible establecido en el Anexo 1 Tabla 9 (Ministerio del

Ambiente 2015)

212 Toma de muestras de efluentes liacutequidos y cuerpos

hiacutedricos del distrito minero Camilo Ponce Enriacutequez

Con la identificacioacuten de los cuerpos hiacutedricos y plantas de

beneficio ubicados en el distrito minero de Camilo Ponce

Enriacutequez se procedioacute con un muestreo puntual para lo cual se

empleoacute el meacutetodo establecido en la Norma Teacutecnica INEN

2176 (Instituto Ecuatoriano de Normalizacioacuten 2013)

Las muestras fueron transportadas en un cajoacuten refrigerado por

viacutea terrestre al laboratorio del Departamento de Metalurgia

Extractiva (DEMEX) donde se realizaron los respectivos

anaacutelisis para la caracterizacioacuten fiacutesico ndash quiacutemica a fin de

determinar las condiciones iniciales previo a la aplicacioacuten del

proceso de rizofiltracioacuten como alternativa de depuracioacuten

213 Caracterizacioacuten de las muestras bajo estudio

La caracterizacioacuten quiacutemica de las muestras se realiza

empleando un equipo de absorcioacuten atoacutemica (AAnalyst 300

PERKIN ELMER) y un ICP-OES (PERKIN ELMER Optima

8000) para determinar la concentracioacuten inicial de Cu Cd Pb

Fe Zn Hg y principalmente As Ademaacutes se midioacute el pH de

las muestras y los soacutelidos suspendidos presentes

Se consideraron estos paraacutemetros ya que los mismos cuentan

con liacutemites maacuteximos permisibles establecidos en la normativa

ambiental vigente y que tienen incidencia en los criterios de

calidad para tratamiento de aguas afectadas por actividades

mineras (Quishpe 2010)

22 Desarrollo de cultivos hidropoacutenicos de plantas para

rizofiltracioacuten

221 Seleccioacuten de especie con mayor capacidad de

absorcioacuten de As en medio acuoso

Para la seleccioacuten de la especie con mayor porcentaje de

absorcioacuten de As se realizaron ensayos con plantas de jacinto

de agua (eichhornia crassipes) pasto azul (poa pratensis) y

helecho acuaacutetico miniatura (azolla) las cuales se desarrollaron

en cultivos hidropoacutenicos (Barreto 2019)

Remocioacuten de Arseacutenico de Efluentes Liacutequidos de Plantas de Beneficio de Oro y Cuerpos Hiacutedricos de la Zona Minera de Ponce Enriacutequez por Rizofiltracioacuten con Pasto Azul (dactylis glomerata)

Las especies seleccionadas fueron separadas en tres grupos de

10 plantas y cada una de ellas se colocoacute en contacto con

400 mL de soluciones sinteacuteticas de As de 0154 mgL-1

0375 mgL-1 y 0847 mgL-1 durante 15 diacuteas Durante este

periodo se llevoacute un registro del pH de las soluciones asiacute como

del marchitamiento mortalidad y coloracioacuten de las plantas

Los diacuteas 1 2 3 6 7 8 9 y 15 del ensayo se tomaron aliacutecuotas

de 10 mL para el anaacutelisis de la concentracioacuten de As en el ICP-

OES Se determinoacute el porcentaje de absorcioacuten del metal

pesado por las plantas con base en la diferencia entre la

concentracioacuten inicial y final de este metaloide en solucioacuten

ademaacutes se consideroacute la peacuterdida de volumen de muestra debido

a la evaporacioacuten y absorcioacuten propia de las plantas

En funcioacuten de los resultados obtenidos se seleccionoacute la especie

que presentoacute el mayor porcentaje de absorcioacuten de As en

soluciones sinteacuteticas para su posterior aplicacioacuten en ensayos

de depuracioacuten de aguas de riacuteo y efluentes de la zona de Camilo

Ponce Enriacutequez

222 Desarrollo de cultivos hidropoacutenicos de pasto azul

(dactylis glomerata)

Se implementaron semilleros hidropoacutenicos empleando como

sustrato espuma de poliuretano en cubos de 25 cm por arista

Cada cubo se humedecioacute con agua destilada previo a colocar

3 a 4 semillas de pasto azul (dactylis glomerata) con el fin de

facilitar la germinacioacuten (Quishpe 2010)

Los cubos con las semillas se colocaron en recipientes

(semilleros) que se cubrieron con agua destilada y se dejaron

reposar por 24 horas para que el sustrato capte toda la

humedad necesaria para favorecer la germinacioacuten

Transcurrido ese periodo se evacuoacute el exceso de agua para que

prosiga el proceso Durante esta etapa se realizoacute una

depuracioacuten de las plaacutentulas que no germinaron

Las primeras plaacutentulas germinadas fueron trasladadas a

bandejas con solucioacuten nutritiva que provee los nutrientes

necesarios para su adecuado desarrollo (INTAGRI 2017)

Esta solucioacuten fue elaborada a partir de macronutrientes como

fosfato di aacutecido de potasio (KH2PO4) nitrato de potasio

(KNO3) nitrato de calcio tetra hidratado [Ca(NO3)24H2O]

sulfato de magnesio hepta hidratado (MgSO47H2O) y

micronutrientes como EDTA de hierro (Fe) sulfato

manganoso hidratado (MnSO4 H2O) aacutecido boacuterico (H3BO3)

sulfato cuacuteprico penta hidratado (CuSO45H2O) molibdato de

amonio tetra hidratado [(NH4)6Mo7O24H2O] sulfato de zinc

hepta hidratado (ZnSO47H2O) cuya composicioacuten se presenta

en la Ficha Teacutecnica III Las plaacutentulas permanecen en las

bandejas hasta alcanzar una longitud de 10 a 12 cm

Las plantas ya desarrolladas fueron trasladas a un sistema

hidropoacutenico vertical NFT (Nutrient Film Technique) que estaacute

compuesto de a) Canales para cultivo hidropoacutenico (tubos PVC

de 3 m de largo y 01 m de diaacutemetro) b) Estructura de madera

(1 m de base 24 de largo y 21 de alto) y c) Sistema de

bombeo y alimentacioacuten (red de distribucioacuten bomba y tanque

de alimentacioacuten) conforme a la Figura 1 Ademaacutes en los

canales para el cultivo hidropoacutenico las plantas se colocaron

con una separacioacuten de 5 cm entre cada una de ellas

Figura 1 Esquema sistema hidropoacutenico vertical NFT

(Nutrient Film Technique)

Durante el proceso de crecimiento de las plantas de pasto azul

se controloacute su longitud la presencia de plagas y la mortalidad

de las mismas Las plantas permanecieron de 4 a 5 meses

dentro de este sistema hasta que presentaron longitudes

promedio de 60 cm en hojas y 12 cm en raiacutez previo a ser

empleadas en el tratamiento de rizofiltracioacuten de las muestras

de efluentes y cuerpos hiacutedricos (Barreto 2019)

23 Remocioacuten de As de efluentes liacutequidos de plantas de

beneficio y cuerpos hiacutedricos por rizofiltracioacuten con pasto

azul a escala laboratorio

Las muestras de efluentes liacutequidos de dos plantas de beneficio

y dos cuerpos hiacutedricos del distrito minero de Camilo Ponce

Enriacutequez que presentaron concentraciones de As superiores a

los liacutemites maacuteximos permisibles establecidos en la normativa

ambiental se trataron por rizofiltracioacuten con pasto azul

desarrollado por medios hidropoacutenicos (4 y 5 meses)

Para la depuracioacuten de los efluentes y el agua de los cuerpos

hiacutedricos a escala laboratorio se emplearon en cada caso

5000 mL de muestra que se colocaron en contacto con plantas

de pasto azul de 4 meses de crecimiento a las cuales se les

midioacute previamente la longitud de la raiacutez y las hojas conforme

a la Figura 2

Durante el tratamiento con una periodicidad de 48 horas se

tomaron aliacutecuotas de 30 mL de muestras de efluentes y aguas

para determinar la concentracioacuten de As remanente en las

soluciones empleando ICP-OES

El proceso de depuracioacuten de As por rizofiltracioacuten para los

efluentes de las plantas de beneficio de oro finalizoacute una vez

que la solucioacuten residual alcanzoacute concentraciones menores a

01 mgL-1 y 005 mg L-1 para las aguas de los cuerpos

hiacutedricos En ambos casos los porcentajes de remocioacuten del

metaloide fueron superiores al 90

Se realizoacute otro ensayo de rizofiltracioacuten para ello se incrementoacute

el tiempo de crecimiento de las especies de pasto azul de 4 a 5

meses a fin de determinar coacutemo variacutea este paraacutemetro en la

absorcioacuten de As y se procedioacute con el tratamiento antes

detallado Para este tratamiento se redujo el nuacutemero de plantas

a 10 especies y se empleoacute 3000 mL de muestra de agua para

cuerpos hiacutedricos y 5000 mL para efluentes liacutequidos de plantas

de beneficio

Remocioacuten de Arseacutenico de Efluentes Liacutequidos de Plantas de Beneficio de Oro y Cuerpos Hiacutedricos de la Zona Minera de Ponce Enriacutequez por Rizofiltracioacuten con Pasto Azul (dactylis glomerata)

Figura 2 Tratamiento de rizofiltracioacuten con pasto azul (dactylis glomerata)

Durante todos los ensayos a escala laboratorio se determinaron

porcentajes de mortalidad marchitamiento y tamantildeo de hojas

con el fin de establecer el grado de afectacioacuten de la absorcioacuten

de As en el desarrollo de la planta y su eficiencia en el

tratamiento

Una vez finalizados los diferentes tratamientos por

rizofiltracioacuten con pasto azul se determinoacute la concentracioacuten de

As presente en las hojas y la raiacutez de las plantas empleadas

durante el proceso Con este fin las plantas se secaron a

temperatura ambiente por dos semanas y se llevaron

separadamente a disgregacioacuten con aacutecido niacutetrico (65) Las

soluciones obtenidas se llevaron a anaacutelisis de la concentracioacuten

de As en ICP-OES Esto con el fin de determinar en queacute

seccioacuten de la planta se alojaba la mayor cantidad del metaloide

Con todos los datos obtenidos se realizoacute un anaacutelisis estadiacutestico

del comportamiento de cada ensayo para ello se aplicaraacute el

meacutetodo de varianza global (ADEVA o ANOVA)

24 Remocioacuten de As de efluentes liacutequidos de plantas de

beneficio por rizofiltracioacuten con pasto azul a escala piloto

Para la aplicacioacuten del tratamiento de depuracioacuten por

rizofiltracioacuten a escala piloto se instaloacute un sistema de

humedales artificiales de 20 L por diacutea de capacidad El

esquema de la instalacioacuten piloto se ilustra en la Figura 3 y fue

desarrollado de acuerdo a lo sugerido por Guanoluisa (2012)

El sistema estuvo compuesto por una estructura metaacutelica de

acero al carbono recubierto con pintura anticorrosiva con una

pendiente de 007 m que conteniacutea 2 recipientes tipo caja de

polipropileno comercial con sustrato inerte (34 cm de altura)

Dicho sustrato tuvo una primera capa de 9 cm de grava (2 a

4 cm) seguido de 9 cm de grava (lt 2 cm) y finalmente 16 cm

de una mezcla de grava y piedra poacutemez (lt 2 cm)

El sustrato fue lavado y desinfectado previamente con una

solucioacuten de cloro y se dejoacute secar al ambiente durante 1 diacutea En

eacuteste se colocaron 15 plantas de pasto azul de 6 meses de

crecimiento hidropoacutenico Se registroacute la longitud de la raiacutez y

hojas se adicionoacute solucioacuten nutritiva la misma que fue

recirculada por 5 diacuteas En este periodo de tiempo las plantas se

acondicionaron para tratamiento posterior

Figura 3 Esquema de humedales artificiales con pasto azul

(Modificado de Guanoluisa 2012)

Para la depuracioacuten por rizofiltracioacuten se emplearon 5 L de

efluentes liacutequidos de planta de beneficio de oro La

caracterizacioacuten de cada muestra se realizoacute conforme al

numeral 213 La muestra se colocoacute en el tanque de

alimentacioacuten desde el cual se bombeoacute hacia el humedal

superior (humedal 1) una vez terminado el bombeo se dejoacute en

contacto con las plantas durante 24 horas posterior a ello se

descargoacute la solucioacuten al segundo humedal (humedal 2) en el

cual se tuvo un tiempo de retencioacuten de 24 horas

Al finalizar el tiempo de tratamiento de cada efluente se

tomaron muestras de 30 mL de las soluciones de salida del

humedal 2 para el respectivo anaacutelisis del contenido de As

residual por medio del equipo ICP-OES Con los resultados

obtenidos se estableceraacute el porcentaje de absorcioacuten del

metaloide y la eficiencia de depuracioacuten del proceso

3 RESULTADOS Y DISCUSIOacuteN

Con base en los resultados del monitoreo de cuerpos hiacutedricos

realizado en los tres distritos mineros del sur del Ecuador se

seleccionoacute como zona de estudio el distrito de Camilo Ponce

Enriacutequez ya que presentaba las mayores concentraciones de

As seguacuten los estudios mencionados en la Seccioacuten 211

Con estos antecedentes se identificaron a los riacuteos Siete y Chico

como los cuerpos hiacutedricos a emplear en el presente trabajo

pues ambos superaban en promedio 20 veces el liacutemite maacuteximo

permisible establecido en la Tabla 2 del Anexo del Texto

Unificado de Legislacioacuten Secundaria del Ministerio del

Ambiente conforme se presenta en la Tabla 2

Tabla 2 Resultados de monitoreo de calidad de agua en cuerpos hiacutedricos del

Distrito Minero de Camilo Ponce Enriacutequez

Cuerpo Hiacutedrico

Concentracioacuten de As (mgL-1)

PRODEMINCA

1998

INIGEMM

2014

Appleton et al

2001

Riacuteo Siete 0785 0893 047

Riacuteo Chico 282 0051 ---

LMP(1) 005

(1) Liacutemite Maacuteximo Permisible Anexo 1 Tabla 2 Criterio de Calidad

Admisible para la preservacioacuten de la vida acuaacutetica y silvestre en agua dulce marinas y de estuario TULSMA

Remocioacuten de Arseacutenico de Efluentes Liacutequidos de Plantas de Beneficio de Oro y Cuerpos Hiacutedricos de la Zona Minera de Ponce Enriacutequez por Rizofiltracioacuten con Pasto Azul (dactylis glomerata)

Adicionalmente para la seleccioacuten de la zona de estudio se

consideroacute la informacioacuten del Catastro Minero (ARCOM

2019) se determinoacute que en el distrito Camilo Ponce Enriacutequez

se ubican 25 concesiones mineras y 38 plantas de beneficio de

las cuales maacutes del 95 no estaacuten regularizados ambientalmente

para la ejecucioacuten de sus labores mineras por lo que estas no

cuentan con las medidas ambientales necesarias para cumplir

con los requerimientos establecidos por la Maacutexima Autoridad

Ambiental en la gestioacuten de sus descargas Esta situacioacuten

afecta a la calidad de los cuerpos hiacutedricos que se ubican cerca

de estas actividades los mismos que aguas abajo son utilizados

para consumo humano y riego

Por esta razoacuten se identificaron dos plantas de beneficio

ubicadas en la zona de influencia de los cuerpos hiacutedricos

seleccionados cuyos efluentes liacutequidos presentaron

concentraciones de As superiores a 01 mgL-1 que

corresponde al liacutemite maacuteximo permisible establecido en el

Anexo 1 Tabla 9 (Ministerio del Ambiente 2015)

31 Georreferenciacioacuten de las muestras empleadas

Una vez seleccionados los dos riacuteos y las dos plantas de

beneficio se georreferenciaron los puntos objeto de estudio

para lo que se tomaron las coordenadas de cada uno de ellos

en el sistema WGS 84 ndash 17 Sur que se detalla en la Tabla 3

Se debe sentildealar que existe una distancia aproximada de 6 Km

en liacutenea recta desde el punto de muestreo del cuerpo hiacutedrico y

la planta de beneficio que se ubica sobre el mismo es decir

que el efluente liacutequido con el que se trabajaraacute contribuye con

carga contaminante al cuerpo hiacutedrico de estudio por lo que es

importante la aplicacioacuten de sistemas de tratamiento previo a su

descarga

32 Caracterizacioacuten de las muestras de cuerpos hiacutedricos y

efluentes de plantas de beneficio de oro

Una vez identificados los puntos de estudio se procedioacute con

un muestreo puntual de agua en cada uno de ellos para lo cual

se siguioacute los lineamientos de la Norma Teacutecnica INEN 2176

(Seccioacuten 212) Las muestras fueron caracterizadas a fin de

determinar la concentracioacuten inicial de metales como Cu Cd

Pb Fe Zn Hg y As ademaacutes se midioacute el pH factor importante

al momento de la remocioacuten del metal pesado de intereacutes

durante el proceso de rizofiltracioacuten los resultados se presentan

en la Tabla 4

Las muestras de agua superficial tomadas en los dos cuerpos

hiacutedricos y las dos muestras de efluentes liacutequidos de plantas de

beneficio presentan valores de As sobre los liacutemites maacuteximos

permisibles establecidos en la normativa ambiental

ecuatoriana manteniendo concordancia con los datos

presentados en la Tabla 2 del presente documento

Tabla 3 Coordenadas de los cuatro puntos de muestreo

Muestra Nomenclatura Coordenadas WGS 84-17S

Norte Este

Riacuteo Siete RS 636474 9661446 Riacuteo Chico CH 644996 9668296

Planta de beneficio 1 PB1 642260 9657706

Planta de beneficio 2 PB2 651264 9665731

Tabla 4 Caracterizacioacuten de muestras de cuerpos hiacutedricos y plantas de

beneficio

Paraacutemetro

analizadoss

Muestra

Riacuteo

Siete(1)

Riacuteo

Chico(1)

Planta de

Beneficio 1(2)

Planta de

Beneficio 2(2)

pH 780 835 787 840

Metales

(mgL-1)

As 012 027 014 024

Cu 001 001 028 533 Fe 002 lt001 009 010

Pb 008 002 003 001

Zn 001 lt001 002 002 Cd lt001 lt001 001 lt001

Hg 00002 00003 00004 00001

(1) Liacutemite Maacuteximo Permisible Anexo 1 Tabla 2 TULSMA (2) Liacutemite Maacuteximo Permisible Anexo 1 Tabla 9 TULSMA

La concentracioacuten de As del riacuteo Chico supera 5 veces al liacutemite

maacuteximo permisible establecido por la Autoridad Ambiental

Nacional siendo eacuteste el valor maacutes alto de las 4 muestras

analizadas Esto puede deberse a que en su parte superior

recibe una considerable aporte de la contaminacioacuten de las

actividades mineras de la zona de San Gerardo conforme a lo

sentildealado por PRODEMINCA (1998) donde se destaca que en

las descargas de efluentes el principal elemento presente es el

As un ejemplo de ello es la planta de beneficio 2 cuya

concentracioacuten de As es 024 mgL-1 que representa maacutes del

doble del liacutemite permisible que corresponde a 01 mg L-1

afectando la capacidad de autodepuracioacuten del cuerpo hiacutedrico

esta actividad se desarrolla a 6 Km del punto de toma de

muestra del riacuteo en referencia

33 Seleccioacuten de especie con mayor capacidad de absorcioacuten

de As en medio acuoso

Para la seleccioacuten de la especie maacutes adecuada para la remocioacuten

de As a traveacutes de rizofiltracioacuten se partioacute de los resultados

previos obtenidos por Barreto (2019) en los cuales se

consideraron 16 especies iniciales entre terrestres y acuaacuteticas

las mismas que fueron puestas por 48 horas en contacto con

una solucioacuten sinteacutetica de 45 mgL-1 de As a fin de determinar

la que presentaba mayor remocioacuten de eacuteste metaloide

En funcioacuten de los resultados obtenidos por Barreto (2019) se

seleccionaron tres especies dos acuaacuteticas (jacinto de agua y

helecho acuaacutetico miniatura) y una terrestre (pasto azul) que

fueron desarrollados por medios hidropoacutenicos y puestas en

contacto con soluciones sinteacuteticas de As de concentraciones de

0154 mgL-1 0375 mgL-1 y 0847 mgL-1 por 15 diacuteas

obteniendo los siguientes resultados

Se determinoacute que el jacinto de agua remueve el mayor

porcentaje de As de soluciones sinteacuteticas obteniendo un valor

maacuteximo de 98 al estar en contacto con una solucioacuten sinteacutetica

de 0154 mgL-1 de As sin embargo su tasa de mortalidad y

marchitamiento fue 76 y 78 respectivamente en cambio el

pasto azul para la misma concentracioacuten de As removioacute el 96

del metaloide con una mortalidad del 437 y 28 de

marchitamiento por lo que esta especie tuvo la mejor

adaptabilidad ya que no se vio afectado su desarrollo Esto

concuerda con los sentildealado por Raskyn et al (1997) respecto

a que las especies terrestres desarrolladas en medios

hidropoacutenicos son maacutes aptas para la remocioacuten de metales

pesados presentes en solucioacuten

Remocioacuten de Arseacutenico de Efluentes Liacutequidos de Plantas de Beneficio de Oro y Cuerpos Hiacutedricos de la Zona Minera de Ponce Enriacutequez por Rizofiltracioacuten con Pasto Azul (dactylis glomerata)

Tabla 5 Evaluacioacuten de remocioacuten de As de soluciones sinteacuteticas

Especie Remocioacuten As () Mortalidad

()

Marchita

() T-1(1) T-2(2) T-3(3

Jacinto agua 980 580 640 760 780

Pasto azul 960 570 700 473 280 Helecho 840 440 430 100 100

(1) T-1 Solucioacuten sinteacutetica 0154 mgL-1

(2) T-2 Solucioacuten sinteacutetica 0375 mgL-1 (3) T-3 Solucioacuten sinteacutetica 0847 mgL-1

Dushenkov et al (1995) sentildeala que las raiacuteces de las plantas

terrestres tienen una capacidad intriacutenseca para absorber y

precipitar metales pesados de soluciones y que los pastos

tienen la propiedad de regenerar su raiacutez siendo esto

beneficioso para emplearlos en procesos de rizofiltracioacuten Bajo

estos criterios se seleccionoacute a la especie de pasto azul como la

de mejores caracteriacutesticas para la aplicacioacuten del tratamiento de

rizofiltracioacuten en muestras de cuerpos hiacutedricos y efluentes

liacutequidos de plantas de beneficio con concentraciones de As

superiores a los liacutemites maacuteximos permisibles

34 Desarrollo de cultivos hidropoacutenicos de pasto azul

(dactylis glomerata)

Para el desarrollo de cultivos hidropoacutenicos de pasto azul se

emplearon 276 cubos de sustrato en los cuales se colocaron de

3 a 5 semillas de acuerdo a la metodologiacutea descrita en la

Seccioacuten 222 En eacutesta fase se obtuvo un 640 de germinacioacuten

a los 11 diacuteas de proceso Al final de este periodo las plaacutentulas

presentaron un promedio de crecimiento de 188 cm

Las semillas germinadas fueron colocadas en bandejas con

solucioacuten nutritiva de las cuales el 760 alcanzaron una

longitud de entre 10 a 12 cm posterior a ello se trasladaron al

sistema hidropoacutenico vertical NFT en esta etapa

permanecieron de 4 a 5 meses previo a ser empleadas en el

tratamiento de rizofiltracioacuten para lo cual alcanzaron

longitudes promedio de 60 cm en hojas y 12 cm en raiacutez

(Seccioacuten 222)

Durante el crecimiento de las plantas se controloacute la presencia

de plagas y mortalidad de las mismas para contrarrestar la

plaga de pulgoacuten verde que sufrieron al tercer mes de

crecimiento se empleoacute una insecticida natural que conteniacutea

ajo y agua (relacioacuten 19) con ello se eliminoacute el 80 de la plaga

en el plazo de 24 horas Adicionalmente se repitioacute el proceso

cada 2 diacuteas hasta obtener el 100 de depuracioacuten

Semanalmente se limpiaron las hojas marchitas de las plantas

a fin de que eacutestas se regeneren

35 Resultados de remocioacuten de As por rizofiltracioacuten

empleando pasto azul a escala laboratorio

351 Remocioacuten de As de muestras de agua superficial de

dos cuerpos hiacutedricos

Con base en los resultados de la caracterizacioacuten de las

muestras de agua superficial de los riacuteos Chico y Siete cuya

concentracioacuten de As sobrepasaba el liacutemite maacuteximo permisible

de 005 (mgL-1) y considerando los resultados presentados en

la Tabla 5 donde se verificoacute que el pasto azul (dactylis

glomerata) presentaba porcentajes de remocioacuten de As

superiores al 50 con una mortalidad del 473 se procedioacute

directamente a la aplicacioacuten del tratamiento de rizofiltracioacuten

para las muestras de agua

Las plantas empleadas en los tratamientos se desarrollaron en

cultivos hidropoacutenicos con solucioacuten nutritiva a fin de que la

raiacutez de la especie vegetal se adapte al medio acuoso de

acuerdo a lo detallado en la Seccioacuten 222

Para la muestra de agua del riacuteo Siete se realizoacute dos

tratamientos en el primero se empleoacute 15 plantas de pasto azul

con 4 meses de crecimiento cuyas dimensiones promedio

fueron 5327 cm hojas y 1147 cm raiacutez Para el segundo

tratamiento se redujo el nuacutemero de especies a 10 plantas con

un tiempo de crecimiento de 5 meses y longitudes promedio

de 136 cm y 609 cm para raiacutez y hojas respectivamente

Conforme a los resultados sentildealados en la Tabla 6 para el

Tratamiento 1 al cuarto diacutea ya se contoacute con concentraciones

de As inferiores al liacutemite maacuteximo permisible de 005 mgL-1

establecido en la normativa ambiental aplicable para la

preservacioacuten de los cuerpos hiacutedricos Desde el diacutea quinto hasta

el deacutecimo tercer diacutea la reduccioacuten de la concentracioacuten del

metaloide se mantiene constante y al deacutecimo cuarto diacutea la

concentracioacuten de As se ubica bajo el liacutemite recomendable por

la Organizacioacuten Mundial de la Salud de 001 mgL-1

alcanzando su maacuteximo porcentaje de remocioacuten el deacutecimo

quinto diacutea de tratamiento con un 972 y una tasa de

marchitamiento del 80

El tratamiento se podriacutea aplicar hasta el cuarto diacutea tiempo en

el cual las plantas presentan una mortalidad del 40 con una

remocioacuten del 716 A partir de ese tiempo las especies

vegetales empiezan a perder su capacidad de tolerancia al As

esto puede deberse a que las fitoquelatinas que son peacuteptidos

que permiten la quelacioacuten o precipitacioacuten de los metales

pesados dentro de las vacuolas celulares y con ello evitar dantildeo

celular de las plantas estaacuten perdiendo su capacidad de

asociacioacuten con los metales lo que disminuye su remocioacuten

(Schat 2002 Yadav 2010)

En el ensayo de rizofiltracioacuten del Tratamiento 2 se puede

observar que al segundo diacutea de tratamiento ya se tienen

concentraciones menores al liacutemite maacuteximo permisible con un

porcentaje de remocioacuten del 737 Ademaacutes las plantas

presentaron un marchitamiento del 20 por lo que al emplear

especies maacutes maduras se puede tanto obtener mejores

resultados en menor tiempo como regenerar las especies para

aplicarlas en otros tratamientos ya que eacutestas se han adaptado

a la concentracioacuten de As Cabe sentildealar que las especies

utilizadas en este tratamiento presentaron un sistema radicular

maacutes desarrollado en comparacioacuten con las plantas del

tratamiento anterior

Al respecto en el estudio de Vaacutesquez et al (2009) se

establecioacute que las plantas han desarrollado varios mecanismos

para controlar la homeostasis de elementos esenciales y

soportar el estreacutes generado por elementos toacutexicos lo que le

permite adaptarse a ellos por lo que los altos porcentajes de

remocioacuten de As pueden atribuirse a que la planta asimiloacute a este

metaloide como un nutriente

Remocioacuten de Arseacutenico de Efluentes Liacutequidos de Plantas de Beneficio de Oro y Cuerpos Hiacutedricos de la Zona Minera de Ponce Enriacutequez por Rizofiltracioacuten con Pasto Azul (dactylis glomerata)

Tabla 6 Remocioacuten de As de muestras del riacuteo Siete empleando rizofiltracioacuten

con pasto azul Tratamiento 1(2) Tratamiento 2(3)

Diacutea de

tratamiento

Concentracioacuten

As solucioacuten

(mgL-1)

Diacutea de

tratamiento

Concentracioacuten

As solucioacuten

(mgL-1)

LMP(1) 005 LMP(1 005

0 0120 0 0120

1 0050 1 0061 4 0038 2 0032

5 0034 5 0014

7 0024 6 0006 15 0006 7 0001

(1) Liacutemite Maacuteximo Permisible Anexo 1 Tabla 2 TULSMA

(2) Tratamiento 1 5000 mL de muestra 15 plantas y 4 meses de crecimiento (3) Tratamiento 2 3000 mL de muestra 10 plantas y 5 meses de crecimiento

De acuerdo a Meharg A (2005) y Rangel et al (2015) el As

en forma de arseniato (As+5) puede sustituir al fosfato que es

considerado como un macronutriente de la solucioacuten nutritiva

en la cual se desarrollaron las plantas pues posee una

estructura anaacuteloga y por consiguiente puede entrar a las

ceacutelulas a traveacutes del sistema de transporte del fosfato

Para la muestra de agua del riacuteo Chico se partioacute de una

concentracioacuten de As de 027 mgL-1 y se tratoacute 5000 mL por

rizofiltracioacuten con 15 plantas de pasto azul de 4 meses de

crecimiento hidropoacutenico con dimensiones de 6260 cm y 1273

cm de longitud de hojas y raiacutez respectivamente De los

resultados obtenidos se determinoacute que al seacuteptimo diacutea la

concentracioacuten de As se encontroacute bajo el liacutemite maacuteximo

permisible tiempo que es superior en 3 diacuteas a los resultados

obtenidos en los tratamientos con las muestras del riacuteo Siete que

presentoacute una concentracioacuten inicial de As menor a la del riacuteo

Chico por lo que al octavo diacutea se finalizoacute el tratamiento y se

alcanzoacute una maacutexima remocioacuten de 974 con una mortalidad

del 70

Con estos resultados se realizoacute otro ensayo de rizofiltracioacuten

que corresponde al Tratamiento 2 en el que se redujo el

nuacutemero de plantas y el volumen de muestra de 5000 mL a

3000 mL a fin de determinar la influencia de estos factores en

la absorcioacuten de As En este caso se emplearon 10 plantas de

pasto azul con 5 meses de crecimiento cuyas dimensiones

fueron 1250 cm y 5180 cm de para raiacutez y hojas

respectivamente En la Tabla 7 se muestra que al sexto diacutea de

tratamiento presentaron valores bajo al liacutemite maacuteximo

permisible lo que puede deberse a que el sistema radicular de

estas especies estuvo maacutes desarrollado favoreciendo la

absorcioacuten del As ya que al seacuteptimo se alcanzoacute el 999 de

remocioacuten con un 200 de mortalidad

Tabla 7 Remocioacuten de As de muestras del riacuteo Chico empleando

rizofiltracioacuten con pasto azul Tratamiento 1(2) Tratamiento 2(3)

Diacutea de

tratamiento Concentracioacuten As

solucioacuten (mgL-1) Diacutea de

tratamiento Concentracioacuten As

solucioacuten (mgL-1)

LMP(1) 005 LMP(1) 005

0 0270 0 0270

1 0206 1 0204 2 0094 2 0185

6 0051 5 0090

7 0026 6 0037

8 0007 7 0001

(1) Liacutemite Maacuteximo Permisible Anexo 1 Tabla 2 TULSMA

(2) Tratamiento 1 5000 mL de muestra 15 plantas y 4 meses de crecimiento (3) Tratamiento 2 3000 mL de muestra 10 plantas y 5 meses de crecimiento

Figura 4 Remocioacuten de As en funcioacuten de la concentracioacuten inicial

Para determinar coacutemo afecta la concentracioacuten de As en la

remocioacuten de este metal a traveacutes de rizofiltracioacuten se realizoacute una

comparacioacuten entre los resultados del Tratamiento 1 de las 2

muestras de agua de los cuerpos hiacutedricos del Distrito Minero

Camilo Ponce Enriacutequez Los resultados obtenidos se muestran

en la Figura 4 en esta comparacioacuten se puede observar que a

menor concentracioacuten de As se llega en menor tiempo a valores

bajo los liacutemites permisibles La muestra del riacuteo Siete al primer

diacutea de tratamiento alcanza este valor mientras que la muestra

del riacuteo Chico lo alcanza al sexto diacutea

Para el seacuteptimo diacutea las dos muestras de estudio alcanzaron el

mismo rango de concentracioacuten de As que es inferior al liacutemite

maacuteximo permisibles establecido en la normativa ambiental

Asiacute mismo se puede observar que las plantas una vez que

absorben maacutes del 50 empiezan a reducir su capacidad de

absorcioacuten lo que puede atribuirse a que la planta estaacute

saturaacutendose ya no reconoce al As como fosfato

352 Remocioacuten de As de muestras de agua de efluentes

liacutequidos de dos plantas de beneficio de oro a escala

laboratorio

De acuerdo a PRODEMINCA (1998) en las cuencas de los

riacuteos Chico y Siete se ubica una extensa explotacioacuten auriacutefera a

partir de minerales que contienen sulfuros Las teacutecnicas de

explotacioacuten y beneficio no son en su mayoriacutea eficientes como

tampoco lo es la disposicioacuten de los efluentes esto genera

afectacioacuten a los cuerpos hiacutedricos de la zona Por ello se evaluoacute

la remocioacuten de As por rizofiltracioacuten para los efluentes de dos

plantas de beneficio instaladas en las riveras de estos riacuteos

Para cada ensayo se partioacute de 5000 mL de efluentes liacutequidos

y 15 plantas de pasto azul de 4 meses de crecimiento cuyas

dimensiones en promedio fueron para la Planta de Beneficio

1 6547 cm (hojas) y 1213 cm (raiacutez) y para la Planta de

Beneficio 2 6270 cm (hojas) y 148 cm (raiacutez) En la Tabla 8

se presentan los resultados del Tratamiento 1 para cada planta

de beneficio

En la Tabla 8 se observa que las concentraciones As del

efluente de la Planta de Beneficio 1 es superior en 04 mgL-1

del liacutemite maacuteximo permisible por lo que al segundo diacutea de

tratamiento ya se alcanzan valores bajo el liacutemite que

corresponde al 610 de remocioacuten del metaloide

000

003

006

009

012

015

018

021

024

027

030

0 1 2 3 4 5 6 7 8 9

Con

cen

trac

ioacuten

n d

e A

s en

solu

cioacuten

(mgL

-1)

Diacuteas de tratamiento

Riacuteo Siete Riacuteo Chico Liacutemite maacuteximo permisible

Remocioacuten de Arseacutenico de Efluentes Liacutequidos de Plantas de Beneficio de Oro y Cuerpos Hiacutedricos de la Zona Minera de Ponce Enriacutequez por Rizofiltracioacuten con Pasto Azul (dactylis glomerata)

Tabla 8 Remocioacuten de As de muestras de efluente liacutequido de dos plantas de

beneficio empleando rizofiltracioacuten con pasto azul Planta de Beneficio 1 Planta de Beneficio 2

Diacutea de

tratamiento

Concentracioacuten As

en solucioacuten

(mgL-1)

Diacutea de

tratamiento

Concentracioacuten As

en solucioacuten

(mgL-1)

LMP(1) 010 LMP(1) 010

0 0140 0 0240

1 0113 1 0188

2 0055 3 0092

6 0043 8 0034

7 0030 13 0023 8 0024 14 0014

9 0011 15 0010

(1) Liacutemite Maacuteximo Permisible Anexo 1 Tabla 9 Liacutemites de Descarga a un Cuerpo de Agua Dulce TULSMA

Sin embargo se continuoacute con el proceso hasta alcanzar la

concentracioacuten miacutenima recomendada por la Organizacioacuten

Mundial de la Salud (10 ug L-1) valor que se lo alcanzoacute al

noveno diacutea de tratamiento con un porcentaje de remocioacuten del

921 y una mortalidad de las especies de pasto azul del 80

Por otro lado para la Planta de Beneficio 2 se partioacute de

concentracioacuten de As dos veces superior al liacutemite maacuteximo

permisible de 010 mgL-1 para el tercer diacutea de tratamiento ya

se obtuvieron concentraciones bajo el liacutemite que corresponden

al 63 de remocioacuten al igual que el tratamiento aplicado al

efluente de la planta de beneficio 1 se continuoacute con el mismo

hasta alcanzar una concentracioacuten de 001 mgL-1 de As

presente en la muestra de estudio este valor se obtuvo al

deacutecimo quinto diacutea lo que representa el 96 de remocioacuten con

un porcentaje de mortandad del 80

Al igual que con las muestras de agua de los cuerpos hiacutedricos

se realizoacute otro ensayo para los efluentes de plantas de

beneficio en el que se varioacute el tiempo de crecimiento de las

especies de pasto azul de 4 a 5 meses y se mantuvo el volumen

de 5000 mL de muestra cuyos resultados se presentan en las

Figuras 5 y 6

Para la Planta de Beneficio 1 se redujo el nuacutemero de especies

de 15 a 10 plantas de pasto azul con dimensiones promedio de

183 cm de raiacutez y 649 cm de hojas Bajo estos paraacutemetros se

alcanzoacute al primer diacutea de tratamiento una concentracioacuten de As

de 0076 mgL-1 valor inferior al liacutemite maacuteximo permisible y

para el octavo diacutea se alcanzoacute el 936 de remocioacuten con un

600 de mortalidad valores que se presentan en la Figura 5

Figura 5 Remocioacuten de As de efluentes liacutequidos de Planta de Beneficio 1 en funcioacuten del nuacutemero de plantas de pasto azul

Figura 6 Remocioacuten de As de efluentes liacutequidos de Planta de Beneficio 2 (PB2) variando dimensiones de planta y tiempo de crecimiento

De la Figura 5 se puede determinar que al trabajar con un

menor nuacutemero de especies se presenta la misma tendencia que

al emplear 15 plantas de pasto azul esto se debe a que el

sistema radicular de las especies del segundo tratamiento se

encontraba maacutes desarrollado lo que favorecioacute en el proceso de

absorcioacuten de As ya que al tener un xilema maacutes desarrollado

aumenta la capacidad hiperacumuladora de metales por las

plantas de acuerdo a lo sentildealado por Rascio amp Navari-Izzo

(2011)

Para la Planta de Beneficio 2 se consideroacute solo al tiempo de

crecimiento de las especies como paraacutemetro de variacioacuten en

este tratamiento se empleoacute 15 especies de pasto azul de 5

meses cuyas dimensiones promedio fueron de 127 cm de raiacutez

y 552 cm de hojas bajo estas condiciones al deacutecimo cuarto

diacutea se llegoacute a una concentracioacuten de 0019 mgL-1 que

representa el 92 de remocioacuten de As Estos resultados fueron

graficados en la Figura 6 conjuntamente con los datos del

Tratamiento 1 y se puede evidenciar que no existe una

variacioacuten significativa entre ellos a pesar de que el sistema

radicular de las especies del Tratamiento 2 eran inferiores sin

embargo permanecieron un mayor tiempo en contacto con

solucioacuten nutritiva

353 Variacioacuten de crecimiento de raiacutez y hojas de especies

pasto azul empleado en rizofiltracioacuten

A fin de determinar coacutemo afecta la absorcioacuten de As en el

crecimiento de las plantas empleadas en la rizofiltracioacuten se

procedioacute a medir la raiacutez y hojas antes y despueacutes del

tratamiento Los resultados se presentan en la Tabla 9

Tabla 9 Dimensiones de raiacutez y hojas de pasto azul

Muestra Parte Dimensiones (cm) Diacuteas

tratamiento

de

remocioacuten As Inicial Final

Riacuteo Siete Hojas 5327 5435

15 9715 Raiacutez 1147 1021

Riacuteo Chico Hojas 6260 6543

8 9740 Raiacutez 1273 1527

Planta de

Beneficio 1

Hojas 6547 6778 9 9214

Raiacutez 1213 1219

Planta de

Beneficio 2

Hojas 6270 6520 15 9600

Raiacutez 1480 880

000

002

004

006

008

010

012

014

0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10

Con

cen

trac

ioacuten

de

As

en s

olu

cioacuten

(mgL

-1)

Diacutea de Tratamiento

Rizofiltracioacuten 15 plantas 5 L Rizofiltracioacuten 10 plantas 5 LLiacutemite maacuteximo permisible

000

003

006

009

012

015

018

021

024

027

0 2 4 6 8 10 12 14 16

Con

cen

trac

ioacuten

n d

e A

s en

solu

cioacuten

(mgL

-1)

Diacuteas de tratamiento

Tratamiento 1_PB2 Tratamiento 2_PB2

Liacutemite maacuteximo permisible

Remocioacuten de Arseacutenico de Efluentes Liacutequidos de Plantas de Beneficio de Oro y Cuerpos Hiacutedricos de la Zona Minera de Ponce Enriacutequez por Rizofiltracioacuten con Pasto Azul (dactylis glomerata)

De los datos presentados se observa que a un mayor tiempo

de retencioacuten el sistema radicular decrece debido a que se ve

debilitado por el contacto con la solucioacuten sin embargo en los

tratamientos que duraron la mitad del tiempo de retencioacuten se

tiene un crecimiento de la raiacutez de las plantas empleadas esto

puede deberse a que hasta ese tiempo la planta asimila al As

como fosfato que es utilizado como nutriente es decir

estimuloacute la produccioacuten de biomasa de raiacuteces manteniendo

concordancia con lo descrito por Vaacutesquez et al (2009) en su

ensayo con plantas de soja en soluciones de arseniato

Ademaacutes se observa que las dimensiones de las hojas de las

especies incrementa esto debido a que el As no afectoacute el

crecimiento de la planta ya que las concentraciones a las que

fueron expuestas son bajas entre 012 y 027 mgL-1

manteniendo concordancia con lo descrito por Machlis (1945)

quien que sentildeala que concentraciones de As de hasta 05 a

06 mgL-1 no suprimen el crecimiento de las plantas

354 Anaacutelisis de As en raiacutez y hojas de plantas de pasto azul

empleado en rizofiltracioacuten

A fin de determinar la cantidad de As retenido por las especies

de pasto azul que fueron empleadas en los diferentes

tratamientos de rizofiltracioacuten se procedioacute a tomar una muestra

de 3 plantas representativas con la raiacutez maacutes abundante y un

promedio de longitud de 13 cm las cuales fueron sometidas a

una disgregacioacuten aacutecida conforme al numeral 233 y

posteriormente se analizoacute la concentracioacuten de As tanto en raiacutez

como hojas mediante ICP-OES

Dushenkov et al (1995) y Del Toro et al (2013) en sus

estudios sentildealaron que la mayoriacutea de las plantas retienen gran

parte de la carga de plomo y As respectivamente en la raiacutez y

una pequentildea fraccioacuten se transporta preferentemente a las hojas

donde es secuestrada y acumulada en la vacuola celular esto

corrobora los datos presentados en la Tabla 10 en los cuales

se puede observar que en promedio maacutes del 768 del

metaloide de intereacutes se retuvo en el sistema radicular y hasta

un 231 en las hojas debido a que el As se inmovilizo en el

sistema radicular de la planta

Por otro lado tambieacuten se analizoacute una muestra de plantas que

no se sometieron a tratamiento de rizofiltracioacuten cuyos

resultados sirvieron para compararlos con las especies

aplicadas en las muestras de agua de los riacuteos asiacute como en las

descargas liacutequidas de las Plantas de Beneficio obteniendo que

los valores maacuteximos superan 10 y 15 veces al valor obtenido

en el blanco ademaacutes las plantas que estuvieron expuestas a las

mayores concentraciones de As (0240 y 0270 mgL-1)

presentaron los valores maacutes altos es decir la absorcioacuten de As

fue directamente proporcional a la concentracioacuten inicial del

metaloide

Tabla 10 Concentracioacuten de As en raiacutez y hojas de pasto azul empleadas en

rizofiltracioacuten

MUESTRA As (mgg-1) As

Raiacutez Hojas Raiacutez Hojas

BLANCO 0109 0019 852 148 RIO CHICO 1069 0360 748 252

RIO SIETE 0220 0082 728 272

PLANTA DE BENEFICIO 1 1624 0248 868 132 PLANTA DE BENEFICIO 2 0127 0047 731 269

Tabla 11 Anaacutelisis de Varianza de resultados de absorcioacuten de As con

diferentes tipos de muestras FV SC gl CM F p

Modelo 006 7 001 185 01 Muestra de tratamiento 006 7 001 185 01

Error 026 59 0 Total 031 66

SC=Suma de cuadrados F=valor estadiacutestico de distribucioacuten de Snedecor

p=valor estadiacutestico para aceptar o rechazar una hipoacutetesis

gL=grados de libertad CM=Media cuadraacutetica

Por otra parte la mayor acumulacioacuten de As en la raiacutez puede

deberse a factores internos de tolerancia de la planta como los

exudados radiculares que estaacuten formados por aacutecidos orgaacutenicos

que permiten la tolerancia de metales en el sistema radical que

pueden influenciar de manera directa en la solubilidad de

elementos ya sean esenciales o no a traveacutes de la acidificacioacuten

quelacioacuten precipitacioacuten y procesos de oacutexidondashreduccioacuten en la

rizoacutesfera y de forma indirecta mediante efectos en la actividad

microbiana en las propiedades fiacutesicas de la rizoacutesfera y en la

dinaacutemica de crecimiento de la raiacutez esto de acuerdo a lo

sentildealado por Gonzales y Zapata (2008) y lo verificado por

Dushenkov et al (1995) en su estudio empleando pasto para

remover plomo

36 Anaacutelisis estadiacutesticos de resultados de tratamiento de

rizofiltracioacuten

Los datos obtenidos referentes a la absorcioacuten de As de las 4

muestras empleadas en el estudio fueron analizados por el

meacutetodo ANOVA utilizando el sistema INFOSTATL a fin de

determinar si existe varianza significativa o no entre los

resultados de absorcioacuten de As de muestras de agua de 2 riacuteos y

2 efluentes de plantas de beneficio de la zona minera de

Camilo Ponce Enriacutequez hasta alcanzar valores inferiores al

liacutemite maacuteximo permisible cuyos resultados se presentan en la

siguiente Tabla

De las Tablas 11 y 12 se determina que el valor obtenido de p

es mayor que el 50 lo que significa que los resultados no

son significativamente diferentes entre siacute ya que se encuentran

dentro del mismo rango por lo que el tratamiento de

rizofiltracioacuten para muestras de agua que se encuentran sobre

los liacutemites maacuteximos permisibles establecidos por la normativa

ambiental son aplicables tanto para agua de cuerpos hiacutedricos

asiacute como para efluentes liacutequidos de plantas de beneficio

Ademaacutes todos los resultados presentan medias similares por

lo que se ubican en un mismo rango reforzando la hipoacutetesis

de que el tratamiento es aplicable a diferentes muestras de

agua

Tabla 12 Test de Tukey 5

Muestra de Tratamiento Medias n EE Rango

Rio Siete A 003 12 002 A

Rio Siete B 004 6 003 A

PLANTA DE BENEFICIO 1 A 006 8 002 A PLANTA DE BENEFICIO 1 B 006 7 002 A

PLANTA DE BENEFICIO 2 B 006 11 002 A

PLANTA DE BENEFICIO 2 A 007 10 002 A Rio Chico A 011 7 002 A

Rio Chico B 013 6 003 A

n=nuacutemero de muestras EE=error estaacutendar

Remocioacuten de Arseacutenico de Efluentes Liacutequidos de Plantas de Beneficio de Oro y Cuerpos Hiacutedricos de la Zona Minera de Ponce Enriacutequez por Rizofiltracioacuten con Pasto Azul (dactylis glomerata)

37 Anaacutelisis de resultados de implementacioacuten de ensayo a

escala piloto y propuesta de humedal para depuracioacuten

de efluentes liacutequidos

A fin de que el proceso de estudio sea aplicable como una

alternativa de tratamiento de efluentes liacutequidos de la industria

minera se consideroacute su aplicacioacuten en humedales artificiales

con pasto azul Para este proceso se emplearon 15 plantas en

cada humedal con 6 meses de crecimiento y dimensiones

promedio de 284 cm (raiacutez) y 660 cm (hojas) en el primer

humedal y 257 cm (raiacutez) y 594 cm (hojas) para el segundo

humedal las mismas que previamente se desarrollaron de

manera hidropoacutenica y fueron trasplantadas a los humedales

donde se adaptaron por 5 diacuteas (Seccioacuten 24)

Considerando que en los resultados de seccioacuten 36 se observa

que al segundo diacutea de tratamiento ya se obtienen valores de As

bajo el liacutemite maacuteximo permisible establecido en la normativa

ambiental para este estudio se consideroacute un tiempo de

retencioacuten de 48 horas previo a la descarga del efluente liacutequido

cuyos resultados se presentan en la Tabla 13

De los resultados se puede establecer que a las 48 horas se

logra obtener concentraciones de As bajo el liacutemite maacuteximo

permisible establecido por la normativa ambiental de

01 mgL-1 lo que corresponde al 98 y 95 de remocioacuten

del metaloide de los efluentes de las plantas de beneficio 1 y

2 respectivamente conforme se observoacute en los numerales

anteriores eacuteste porcentaje de remocioacuten se lo alcanza al seacuteptimo

o deacutecimo quinto diacutea de tratamiento sin embargo al combinar

la capacidad de absorcioacuten de As del pasto azul con el sustrato

empleado permiten incrementar la eficiencia del tratamiento

en un menor tiempo de aplicacioacuten

Otte amp Jacob (2006) sentildealan que existe una eficiencia del 65

para la remocioacuten de As empleando humedales artificiales

valor que confirma los datos obtenidos en la Tabla 13 Ademaacutes

se puede verificar que a menor concentracioacuten inicial se obtiene

una mayor remocioacuten del metaloide con una mortalidad del

10 debido a la capacidad de adaptacioacuten del pasto azul por

tanto pueden ser empleadas en varios procesos de

remediacioacuten sin embargo deberaacuten ser puestas en contacto con

solucioacuten nutritiva a fin de que las mismas se regeneren

Por otra parte con estos resultados se realizoacute la propuesta de

disentildeo de un humedal artificial para el tratamiento de efluentes

liacutequidos de plantas de beneficio a fin de disminuir la

concentracioacuten de As hasta niveles bajo el liacutemite maacuteximo

permisible para descargas liacutequidas a cuerpos hiacutedricos

Se considera un humedal artificial de flujo subsuperficial

vertical con comportamiento de un reactor de flujo ideal en

pistoacuten y modelo cineacutetico de remocioacuten de As de primer orden

(Culqui 2015)

Tabla 13 Remocioacuten de As en humedales artificiales con pasto azul

Tipo de muestra As (mgL-1) Remocioacuten

de As Inicial Final

Planta de Beneficio 1 014 0005 980

Planta de Beneficio 2 024 0013 950

(1) Liacutemite Maacuteximo Permisible Anexo 1 Tabla 9 Liacutemites de Descarga a un Cuerpo de Agua Dulce TULSMA

Tabla 14 Dimensionamiento de un humedal artificial Paraacutemetro Descripcioacuten Unidad Valor

Consideraciones

H(1) Altura Humedal m 060

Q Caudal entrada Ldiacutea-1 288000 Co Concentracioacuten Inicial As mgL-1 024

Cf Concentracioacuten Final de As mgL-1 0015

k Constante cineacutetica diacutea-1 -138 Ɛ(2) Porosidad del material 038

Dimensiones

As Aacuterea superficial total m2 2526

W Ancho m 410 L Largo m 616

t Tiempo de retencioacuten hidraacuteulico diacutea 2

n Nuacutemero de celdas 2

(1) Luna amp Castantildeeda 2014 (2) Saacutenchez 2010

Las dimensiones del humedal propuesto para el tratamiento se

presentan en la Tabla 14 donde se consideroacute una planta de

beneficio de pequentildea mineriacutea que descarga 010 Lseg-1 que

corresponderiacutea al caudal miacutenimo de entrada al humedal con

estos datos se establecioacute que se requiere un aacuterea superficial de

2526 m2 con dimensiones de 410 m de ancho 616 m de

largo y 060 m de profundidad Con un tiempo de retencioacuten de

2 diacuteas para alcanzar la remocioacuten de As hasta valores bajo la

norma ambiental aplicable

Para tratar mayores caudales de efluentes en los humedales

artificiales se deberiacutean emplear aacutereas maacutes extensas mayor

tiempo de retencioacuten y mayor nuacutemero de plantas por ellos se

podriacutean establecer varios humedales en paralelo

4 CONCLUSIONES

Para la ejecucioacuten del presente estudio se contemplaron los tres

principales distritos mineros de pequentildea mineriacutea del Ecuador

determinando que los cuerpos hiacutedricos de Camilo Ponce

Enriacutequez en promedio superaban 20 veces el liacutemite maacuteximo

permisible de As establecido en la Tabla 2 Criterio de Calidad

Admisible para la preservacioacuten de la vida acuaacutetica y silvestre

en agua dulce marinas y de estuario del Anexo del Texto

Unificado de Legislacioacuten Secundaria del Ministerio del

Ambiente las altas concentraciones de As puede deberse a la

geologiacutea de la zona asiacute como a las ineficientes teacutecnicas de

explotacioacuten y procesamiento del mineral por parte de los

mineros artesanales y pequentildeos mineros

Las plantas que presentan mejores caracteriacutesticas para la

absorcioacuten de As en solucioacuten son el jacinto de agua pasto azul

y helecho acuaacutetico miniatura De estas el pasto azul presentoacute

el 96 de remocioacuten de As con un 473 de mortalidad y 28

de marchitamiento para soluciones con una concentracioacuten de

0154 mgL-1 del metaloide en referencia por lo que se

seleccionoacute esta especie como la maacutes resistente para los

tratamientos de rizofiltracioacuten

El tratamiento de rizofiltracioacuten con pasto azul aplicado a

muestras de agua tanto de cuerpos hiacutedricos como efluentes

liacutequidos de plantas de beneficio de la zona minera de Camilo

Ponce Enriacutequez que presentaban concentraciones de As entre

0120 y 0270 mgL-1 permite obtener maacutes del 90 de

remocioacuten de As llegando a concentraciones inferiores al

liacutemite maacuteximo permisible tanto el establecido por la normativa

ambiental ecuatoriana asiacute como por la Organizacioacuten Mundial

Remocioacuten de Arseacutenico de Efluentes Liacutequidos de Plantas de Beneficio de Oro y Cuerpos Hiacutedricos de la Zona Minera de Ponce Enriacutequez por Rizofiltracioacuten con Pasto Azul (dactylis glomerata)

de la Salud por lo que se puede establecer que el tratamiento

de rizofiltracioacuten es aplicable a muestras reales que contienen

varios metales disueltos con resultados similares a los

alcanzados empleando soluciones sinteacuteticas de un metal en

especiacutefico es decir que los otros metales no inhibieron la

capacidad del pasto azul para absorber As

Las plantas de pasto azul con mayores dimensiones de su

sistema radicular presentan los porcentajes de remocioacuten de As

superiores como se evidencia en las muestras del riacuteo Chico y

Planta de Beneficio 2 de 974 y 96 respectivamente es

decir la remocioacuten del contaminante incrementa con el tamantildeo

de la raiacutez

Las plantas de pasto azul empleadas en el tratamiento de

rizofiltracioacuten presentaron un incremento de longitud de raiacuteces

y hojas de 219 cm en promedio lo que indica que las

concentraciones de As a las que estuvieron expuestas no

inhibieron el desarrollo de las mismas por lo que una vez

finalizado el tratamiento eacutestas pueden ser regeneradas en

contacto con solucioacuten nutritiva

Maacutes del 70 del As contenido en las especies usadas para el

tratamiento de rizofiltracioacuten se acula en el sistema radicular

esto debido tanto a la retencioacuten del metaloide en la pared

celular como a la complejacioacuten de las fitoquelatinas en la

vacuola celular de la planta

El tratamiento de rizofiltracioacuten en un humedal artificial

incrementa su eficiencia debido a la interaccioacuten que existe

entre las raiacuteces y el sustrato lo que permite que al segundo diacutea

se alcance el 95 de remocioacuten de As del efluente liacutequido

industrial llegando a valores inferiores al liacutemite maacuteximo

permisible de 01 mgL-1 establecido por la normativa

ambiental ecuatoriana concentracioacuten a la cual es permitida su

descarga a un cuerpo hiacutedrico

Un humedal artificial de flujo subsuperficial vertical con

plantas enraizadas de un aacuterea superficial de 2526 m2 (410 m

de ancho por 616 m de largo) con un tiempo de retencioacuten de

2 diacuteas puede ser empleado para tratar efluentes liacutequidos

industriales con porcentajes de remocioacuten de As superiores al

95 para una capacidad de 2880 Ldiacutea-1

Una vez finalizado el tratamiento de rizofiltracioacuten las plantas

empleadas para la absorcioacuten de metales deben ser gestionadas

como un desecho peligroso debido a su alta concentracioacuten de

metales por lo que se recomienda que las mismas sean

incineradas previo a su disposicioacuten final ya sean en celdas de

seguridad o reutilizarlas como fuente para recuperar los

metales

5 AGRADECIMIENTO

Los autores muestran su agradecimiento al Departamento de

Metalurgia Extractiva (DEMEX) de la Escuela Politeacutecnica

Nacional por el financiamiento de la presente investigacioacuten

mediante los fondos del proyecto PII-DEMEX-001-2019

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copy Escuela Politeacutecnica Nacional (2020)

Reservados todos los derechos de reproduccioacuten

DECLARACIOacuteN DE AUTORIacuteA

ldquoYo Aacutengela Mireya Quishpe Ballagaacuten declaro bajo juramento que el trabajo aquiacute descrito es de mi autoriacutea que no ha sido previamente presentado para ninguacuten grado o calificacioacuten profesional y que he consultado las referencias bibliograacuteficas que se incluyen en este documento Sin perjuicio de los derechos reconocidos en el primer paacuterrafo del artiacuteculo 114 del Coacutedigo Orgaacutenico de la Economiacutea de los Conocimientos Creatividad e Innovacioacuten ndashCOESC- cedo los derechos patrimoniales de este trabajo a la Escuela Politeacutecnica Nacionalrdquo

___________________________ Aacutengela Mireya Quishpe Ballagaacuten

CI 172009870-4

CERTIFICACIOacuteN

Certifico que el presente trabajo fue desarrollado por Aacutengela Mireya Quishpe Ballagaacuten bajo mi supervisioacuten

_______________________________ Ing Alicia Guevara Caiquetaacuten PhD

DIRECTORA DEL PROYECTO

AUSPICIO

La presente investigacioacuten contoacute con el auspicio financiero del proyecto PII-DEMEX-001-2019 que se ejecutoacute en el Departamento de Metalurgia Extractiva de la Facultad de Ingenieriacutea Quiacutemica y Agroindustria

AGRADECIMIENTOS Primero agradezco a Dios por darme la fortaleza durante esta nueva etapa de formacioacuten acadeacutemica por permitirme estar rodeada de personas maravillosas como mi familia y amigos A mi madre por siempre ser mi ejemplo de perseverancia y lucha ante las adversidades a mi padre por estar presente en cada paso que doy a mis hermanas Mayra Pilar y Cristina mi hermano Luis mi cuntildeado Ricardo y a mis sobrinos Byron Juan Santiago Ximena Bruno Nicolaacutes y Leandro quienes han sido un pilar fundamental en mi vida y son la fuerza para seguir adelante Un agradecimiento especial a mi sobrino Byron por ser mi mayor apoyo durante esta etapa por su carintildeo incondicional y por ser el mejor compantildeero de estudio que he tenido y en ocasiones por ser el mejor profesor gracias por tu paciencia A la Ing Alicia Guevara por su guiacutea durante el desarrollo del presente trabajo de investigacioacuten por su amistad durante todos estos antildeos y en especial por ser ese empuje que en ocasiones necesitaba Al Departamento de Metalurgia Extractiva por abrirme nuevamente las puertas a mis profesores Ing Ernesto de la Torre Ing Dianita Endara Ing Edy Pazmintildeo Ing Ximena Diacuteaz y Ely gracias por todos los conocimientos impartidos a Eve y Verito por su ayuda y paciencia en los ensayos A mis compantildeeros de maestriacutea Luchito T Stalin Freddy Luchito G y Cris gracias por su amistad apoyo y risas en los momentos maacutes difiacuteciles A Liz Adri Pao Soraya y Vale quienes me apoyaron durante el desarrollo del proyecto de investigacioacuten sin ustedes no hubiese sido posible llegar a este punto Finalmente agradezco a mis amigos principalmente a Silvi Yady Jenny Vivi Vero Michael Tontildeo Stephy y Any quienes siempre me dieron los mejores aacutenimos para no decaer y sobretodo por ser mi segunda familia

DEDICATORIA

A mi madre Beatriz por su amor incondicional y fortaleza ya que sin ella nada seriacutea posible

Remocioacuten de Arseacutenico de Efluentes Liacutequidos de Plantas de Beneficio de Oro y Cuerpos Hiacutedricos de la Zona Minera de Ponce Enriacutequez por Rizofiltracioacuten con Pasto Azul (dactylis glomerata)

Remocioacuten de Arseacutenico de Efluentes Liacutequidos de Plantas de Beneficio de

Oro y Cuerpos Hiacutedricos de la Zona Minera de Ponce Enriacutequez por

Rizofiltracioacuten con Pasto Azul (dactylis glomerata)

Quishpe Aacutengela(1) Guevara Alicia(2)

Departamento de Metalurgia Extractiva Escuela Politeacutecnica Nacional Ladroacuten de Guevara E11-253 Quito Ecuador

Teleacutefono (5932)2976300 (ext5806) E-Mail (1) angelaquishpeepneduec (2)aliciaguevaraepneduec

Resumen El presente trabajo se evaluoacute la remocioacuten de As de muestras de agua de dos cuerpos hiacutedricos y dos efluentes de

plantas de beneficio de oro de la zona minera de Camilo Ponce Enriacutequez a traveacutes del tratamiento de rizofiltracioacuten con pasto azul

(dactylis glomerata) Esta especie fue previamente seleccionada por su capacidad de remocioacuten de As del 96 en soluciones

sinteacuteticas Para el estudio se partioacute de concentraciones de As de 012 y 027 mgL-1 para muestras de los riacuteos Siete y Chico y

014 y 024 mgL-1 para efluentes de dos plantas de beneficio respectivamente Despueacutes del cuarto diacutea de tratamiento por

rizofiltracioacuten la concentracioacuten de As ya presentaba valores bajo el liacutemite maacuteximo permisible establecido en la normativa

ambiental ecuatoriana (005 y 01 mgL-1) que corresponden al 80 de remocioacuten Asiacute mismo se determinoacute que maacutes del 70 del

As contenido en las especies se acumula en la raiacutez esto debido a la retencioacuten del metaloide en la pared celular como por la

complejacioacuten de las fitoquelatinas en la vacuola celular de la planta A partir de los resultados obtenidos a escala laboratorio se

realiza una prueba piloto en un humedal artificial con 5 L de muestras de efluente logrando una remocioacuten del 98 de As al

segundo diacutea de tratamiento la eficiencia del proceso se incrementoacute debido a la interaccioacuten del sistema radicular del pasto azul

con el sustrato del humedal

Palabras clave Arseacutenico rizofiltracioacuten cuerpos hiacutedricos efluentes liacutequidos remocioacuten

Abstract The present study evaluated the removal of As from water samples from two rivers and two effluents from gold

processing plants in the mining area of Camilo Ponce Enriquez through the treatment of rizofiltration with blue grass (dactylis

glomerata) This species was previously selected for its 96 As removal capacity in synthetic solutions For the study

concentrations of As of 012 and 027 mgL-1 were used for samples of the Siete and Chico rivers and 014 and 024 mgL-1 for

effluents of two gold processing plants respectively After the fourth day of treatment by rizofiltration the concentration of As

already had values below the maximum permissible limit established in the Ecuadorian environmental regulations (005 and 01

mgL-1) that correspond to 80 removal Likewise it was determined that more than 70 of the As contained in the species

accumulates in the root this due to the retention of the metalloid in wall cell as well as the complexation of the phytochelatins

in the cellular vacuole of the plant From the results obtained at the laboratory scale a pilot test is carried out in an artificial

wetland with 5 L of effluent samples achieving a 98 removal of As on the second day of treatment the efficiency of the

process was increased due to the interaction of the root of the blue grass with the wetland substrate

Keywords Arsenic rhizofiltration rivers liquid effluents removal

1 INTRODUCCIOacuteN

En Ecuador tanto la extraccioacuten como el procesamiento de oro

se han desarrollado principalmente a escala artesanal y de

pequentildea mineriacutea ambos caracterizados por un escaso nivel de

tecnificacioacuten y la insuficiente participacioacuten de personal

capacitado Esta situacioacuten ha provocado entre otros

problemas la inadecuada gestioacuten de los recursos naturales el

incremento de riesgos geoloacutegicos la deficiencia de sistemas

de seguridad y salud ocupacional ademaacutes de la contaminacioacuten

del agua suelo y aire (Cumbal et al 2014)

Esta problemaacutetica se hace maacutes evidente en las provincias de

Azuay El Oro y Zamora Chinchipe especiacuteficamente en los

distritos mineros de Nambija Portovelo-Zaruma y Camilo

Ponce Enriacutequez (Ministerio de Mineriacutea 2016) En estas zonas

los minerales auriacuteferos que contienen cantidades importantes

(gt 15) de sulfuros como pirita pirrotina arsenopirita y

calcopirita (De la Torre y Diacuteaz 2000) se procesan en molinos

chilenos (trapiches) se concentran gravimeacutetricamente y el oro

grueso presente se recupera por amalgamacioacuten con mercurio

esto a pesar de la prohibicioacuten establecida en la Reforma de la

Ley de Mineriacutea del antildeo 2013 El oro fino del material residual

se recupera por cianuracioacuten y este proceso genera grandes

voluacutemenes de efluentes que contienen concentraciones

elevadas de metales como As Cu y Hg

Los efluentes generados en estos procesos metaluacutergicos son

considerados desechos peligrosos sin embargo en muchos

casos debido a una inadecuada gestioacuten ambiental y ubicacioacuten

geograacutefica estos son depositados cerca de pendientes y riacuteos

(Appleton et al 2001) Las descargas al ambiente sin ninguacuten

tratamiento previo de efluentes que contienen metales pesados

disueltos y otras sustancias quiacutemicas ha generado que la mayor

Remocioacuten de Arseacutenico de Efluentes Liacutequidos de Plantas de Beneficio de Oro y Cuerpos Hiacutedricos de la Zona Minera de Ponce Enriacutequez por Rizofiltracioacuten con Pasto Azul (dactylis glomerata)

afectacioacuten ambiental se concentre en los cuerpos hiacutedricos de

las aacutereas cercanas a la explotacioacuten minera (Jimeacutenez et al

2016 Tarras et al 2001 Cumbal et al 2014) Esta situacioacuten

representa un riesgo potencial para el ambiente los habitantes

de estas zonas asiacute como a la agricultura y acuacultura

(PRODEMINCA 1998)

En este contexto los metales pesados presentes tanto en los

efluentes liacutequidos como en los relaves generados en los

procesos de extraccioacuten auriacutefera constituyen un riesgo latente

debido a su peligrosidad ya que al no ser ni quiacutemica ni

bioloacutegicamente degradables pueden permanecer cientos de

antildeos en el ambiente y provocar la degradacioacuten de los cuerpos

hiacutedricos (Tarras et al 2001)

La preocupacioacuten que ha generado este tema ha llevado a que

se realice monitoreos de la calidad de agua de los tres

principales distritos mineros del Ecuador realizados por

PRODEMINCA (1998) Appleton et al (2001) asiacute como

INIGEMM (2014) En estos estudios se determinoacute que la

concentracioacuten de As en los riacuteos de la zona de Camilo Ponce

Enriacutequez es superior a la de los ubicados en Zaruma Portovelo

y Nambija conforme se detalla en la Tabla 1

Se ha determinado que los cuerpos hiacutedricos del distrito minero

de Camilo Ponce Enriacutequez presentan valores promedio de As

20 veces superiores a los liacutemites maacuteximos permisibles

establecidos por la normativa ambiental para la preservacioacuten

de la vida acuaacutetica y silvestre en agua dulce (005 mg L-1) y

64 veces maacutes que la concentracioacuten miacutenima recomendada por

la Organizacioacuten Mundial de la Salud (10 ug L-1)

Tabla 1 Resultados del monitoreo de la concentracioacuten de As en los cuerpos hiacutedricos de los 3 principales distritos mineros

Distrito minero Zona de muestreo As (mgL-1)

Camilo Ponce

Enriacutequez

Riacuteo Chico-Riacuteo Gala(3) 282

Quebrada Jaboacuten(2) 0893

Riacuteo Siete(3) 0785

Riacuteo Chico(2) 0051

Riacuteo Siete (valor maacuteximo)(1) 047

Quebrada Cantildea Quemada(3) 0044

Riacuteo Guanache(2) 0036

Ex Camp Militar Saraguro(2)

0027

Riacuteo Tenguel(2) 0003

Zaruma -

Portovelo

Riacuteo Calera(3) 1983

Riacuteo Calera AJ Amarillo(2) 052

Riacuteo Amarillo AJ Pindo(2) 0343

Riacuteo Amarillo(2) 0302

Riacuteo Pindo(3) 0051

Riacuteo Amarillo(3) 0001

Riacuteo Calera y Amarillo(1) ND

Nambija

Quebrada Calixto(3) 0026 Quebrada Nambija(2) 0016

Quebrada Cambana(3) 0009

Quebrada Calixto(2) 0003 Riacuteo Nambija(3) 0003

Las Orquiacutedeas(2) 0002

Riacuteo Nambija(1) ND Quebrada Campanas(2) ND

Quebrada Cumay(2) ND

Liacutemite maacuteximo permisible As (mg L-1)(4) 005

Fuente (1) (Appleton et al 2001) (2) (INIGEMM 2014) (3) (PRODEMINCA 1998) (4) Liacutemite Maacuteximo Permisible Anexo 1 Tabla 2

Criterio de Calidad Admisible para la preservacioacuten de la vida acuaacutetica y silvestre en agua dulce marinas y de estuario TULSMA 2015 ND no se

ha determinado valor

Por este motivo es de vital importancia que los efluentes

liacutequidos generados en las plantas de beneficio antes de su

descarga a los cuerpos hiacutedricos cuenten con un tratamiento

previo ya que la exposicioacuten prolongada a eacuteste metaloide

puede causar alteraciones en el sistema nervioso y circulatorio

asiacute como en la piel pudiendo llegar a provocar

hidroarsenicismo croacutenico regional endeacutemico (HACRE)

enfermedad que se atribuye al consumo de agua con alto

contenido de As durante un largo tiempo e incluso provocar

caacutencer de piel pulmoacuten vejiga entre otros (Minaverry amp

Caacuteceres 2016 Salido et al 2003 OMS 2018 Vithanage et

al 2017)

Actualmente existen varios estudios sobre la aplicacioacuten de

teacutecnicas de remediacioacuten para la remocioacuten de As en agua entre

las cuales se consideran procesos fiacutesicos quiacutemicos como son

adsorcioacuten intercambio de iones precipitacioacutenndashcoagulacioacuten

filtracioacuten de membrana tambieacuten se contemplan procesos

bioloacutegicos como tratamientos con microorganismos o bio

filtracioacuten asiacute como la fitorremediacioacuten (Jang et al 2005

Boglione R et al 2019 Mondal et al 2006 McCutcheon amp

Joslashrgensen 2008)

La fitorremediacioacuten es una alternativa sustentable y de bajo

costo para la rehabilitacioacuten de ambientes afectados por

contaminantes naturales y antropogeacutenicos y es especialmente

uacutetil para el tratamiento de metales pesados (Delgadillo et al

2011 Gonzales 2014 Covarrubias amp Pentildea 2016 Tiwari

2019) ya que aprovecha la capacidad de especies vegetales

para extraer acumular inmovilizar y transformar los

contaminantes del agua (Rahman amp Hasegawa 2011) Las

plantas empleadas son capaces de retener altas

concentraciones de metales toacutexicos en sus raiacuteces brotes y

hojas (Tangahu et al 2011) por lo que se las ha definido

como un sistema de bombeo y filtracioacuten impulsado por energiacutea

solar que actuacutean como acumuladores que sobreviven a pesar

de concentrar contaminantes en sus tejidos eacutestos los

biodegradan o bio-transforman en formas inertes

(Cunningham et al 1993)

Existen especies vegetales que son maacutes eficaces para absorber

diferentes tipos de metales como el Pb Zn Cu Co Cr As y

varios radionucleiacutedos Los cambios maacutes importantes que se

aprecian en las plantas empleadas en estos tratamientos son

morfoloacutegicos y de deficiencia de crecimiento eacutestos dependen

del tipo de especie utilizada en el tratamiento (Raskin et al

1997 Yadav et al 2011 Ali et al 2013)

Las teacutecnicas de fitorremediacioacuten tienen varias ventajas ya que

las plantas pueden prosperar en ambientes altamente toacutexicos

debido a que requieren poco cuidado ademaacutes de generar gran

cantidad de biomasa rica en metales que una vez finalizado el

tratamiento pueden reciclarse pero tambieacuten se enfrentan a

desafiacuteos como la baja reproduccioacuten de las especies en medios

menos controlados y la concentracioacuten excesiva de metales

pesados que limita la remocioacuten de los mismos (McIntyre T

2003 Ali et al 2013)

Una de las teacutecnicas de fitorremediacioacuten maacutes aplicada en medio

acuaacutetico es la rizofiltracioacuten donde las raiacuteces absorben

concentran y precipitan los metales pesados presentes en aguas

Remocioacuten de Arseacutenico de Efluentes Liacutequidos de Plantas de Beneficio de Oro y Cuerpos Hiacutedricos de la Zona Minera de Ponce Enriacutequez por Rizofiltracioacuten con Pasto Azul (dactylis glomerata)

residuales este proceso incluye el transporte de contaminantes

metaacutelicos hacia la superficie de la raiacutez absorbente asiacute como la

absorcioacuten del metal a traveacutes de las membranas de las ceacutelulas

de la raiacutez hacia la biomasa siendo importante las interacciones

entre planta-agua a fin de controlar la recuperacioacuten de

contaminantes especiacuteficos de los cuerpos hiacutedricos

(Dushenkov et al 1995 Yadav et al 2011 Verma et al

2006)

Las plantas maacutes efectivas para este tipo de fitoremediacioacuten

son las especies terrestres que crecen en medios hidropoacutenicos

cuyas raiacuteces deben ser de raacutepido crecimiento con la capacidad

de eliminar metales toacutexicos durante largos periacuteodos de tiempo

de exposicioacuten (Raskyn et al 1997 Khilji amp Bareen 2008)

La rizofiltracioacuten presenta varias ventajas como depurar varios

metales tratar grandes voluacutemenes de efluentes menor

necesidad de productos quiacutemicos toacutexicos reduccioacuten del

volumen de residuos secundarios reciclaje y efectividad en el

cumplimiento de la normativa ambiental (Raskyn et al 1997

Dushenkov et al 1995 Padmavathiamma et al 2007 Yadav

et al 2011)

Ejemplos exitosos del uso de esta teacutecnica son los humedales

artificiales camas de cantildea y sistemas de planta flotante para el

tratamiento de algunos tipos de aguas residuales en este caso

los metales se acumulan mayoritariamente en las raiacuteces de las

plantas empleadas Trabajos realizados por Lintildeaacuten (2016)

Flores (2017) y Barreto (2019) lograron obtener valores de

remocioacuten de As en soluciones sinteacuteticas de 22 50 98

96 empleando especies como la Quinuilla (Chenopodium

aacutelbum) cebolla Allium cepa Jacinto de agua (Eichhornia

crassipes) Pasto Azul (Dactylis glomerata) respectivamente

Hasta ahora en el Ecuador no se evidencia la aplicacioacuten de

sistemas de remediacioacuten de aguas contaminadas por As en

zonas mineras La presente investigacioacuten tiene como objetivo

principal evaluar la capacidad de remocioacuten de este metal de

efluentes liacutequidos de plantas de beneficio y de cuerpos hiacutedricos

ubicados en el distrito Minero de Camilo Ponce Enriacutequez

En este trabajo se emplearaacute la rizofiltracioacuten con pasto azul

(Dactylis glomerata) para absorber acumular estabilizar o

reducir el As presente en efluentes liacutequidos de dos plantas de

beneficio y dos cuerpos hiacutedricos del distrito minero en

referencia El tratamiento se aplicaraacute hasta alcanzar niveles de

As inferiores a los liacutemites maacuteximos permisibles establecidos

en la normativa ambiental ecuatoriana tanto a escala

laboratorio como piloto A partir de los resultados obtenidos

se espera motivar la aplicacioacuten del proceso por parte de las

empresas mineras de la zona como un tratamiento no

convencional que mejorariacutea la gestioacuten ambiental de sus

actividades

2 METODOLOGIacuteA

21 Caracterizacioacuten de las muestras de estudio

211 Seleccioacuten de la zona de estudio

Con base en la informacioacuten existente sobre los monitoreos de

calidad de agua de los riacuteos en los principales distritos mineros

del sur de Ecuador realizadas por PRODEMINCA (1998)

Appleton et al (2001) asiacute como por el INIGEMM (2014) se

seleccionoacute como aacuterea de estudio el distrito de Camilo Ponce

Enriacutequez

En esta zona se identificaron dos cuerpos hiacutedricos (riacuteo Siete y

riacuteo Chico) que presentaban concentraciones elevadas de As

que son superiores a 005 mg L-1 liacutemite maacuteximo permisible

establecido en la normativa ambiental ecuatoriana Anexo 1

Tabla 2 (Ministerio del Ambiente 2015)

Ademaacutes se identificaron dos plantas de beneficio ubicadas en

la zona de influencia de los cuerpos hiacutedricos seleccionados

cuyos efluentes liacutequidos presentaron concentraciones de As

superiores a 01 mgL-1 que corresponde al liacutemite maacuteximo

permisible establecido en el Anexo 1 Tabla 9 (Ministerio del

Ambiente 2015)

212 Toma de muestras de efluentes liacutequidos y cuerpos

hiacutedricos del distrito minero Camilo Ponce Enriacutequez

Con la identificacioacuten de los cuerpos hiacutedricos y plantas de

beneficio ubicados en el distrito minero de Camilo Ponce

Enriacutequez se procedioacute con un muestreo puntual para lo cual se

empleoacute el meacutetodo establecido en la Norma Teacutecnica INEN

2176 (Instituto Ecuatoriano de Normalizacioacuten 2013)

Las muestras fueron transportadas en un cajoacuten refrigerado por

viacutea terrestre al laboratorio del Departamento de Metalurgia

Extractiva (DEMEX) donde se realizaron los respectivos

anaacutelisis para la caracterizacioacuten fiacutesico ndash quiacutemica a fin de

determinar las condiciones iniciales previo a la aplicacioacuten del

proceso de rizofiltracioacuten como alternativa de depuracioacuten

213 Caracterizacioacuten de las muestras bajo estudio

La caracterizacioacuten quiacutemica de las muestras se realiza

empleando un equipo de absorcioacuten atoacutemica (AAnalyst 300

PERKIN ELMER) y un ICP-OES (PERKIN ELMER Optima

8000) para determinar la concentracioacuten inicial de Cu Cd Pb

Fe Zn Hg y principalmente As Ademaacutes se midioacute el pH de

las muestras y los soacutelidos suspendidos presentes

Se consideraron estos paraacutemetros ya que los mismos cuentan

con liacutemites maacuteximos permisibles establecidos en la normativa

ambiental vigente y que tienen incidencia en los criterios de

calidad para tratamiento de aguas afectadas por actividades

mineras (Quishpe 2010)

22 Desarrollo de cultivos hidropoacutenicos de plantas para

rizofiltracioacuten

221 Seleccioacuten de especie con mayor capacidad de

absorcioacuten de As en medio acuoso

Para la seleccioacuten de la especie con mayor porcentaje de

absorcioacuten de As se realizaron ensayos con plantas de jacinto

de agua (eichhornia crassipes) pasto azul (poa pratensis) y

helecho acuaacutetico miniatura (azolla) las cuales se desarrollaron

en cultivos hidropoacutenicos (Barreto 2019)

Remocioacuten de Arseacutenico de Efluentes Liacutequidos de Plantas de Beneficio de Oro y Cuerpos Hiacutedricos de la Zona Minera de Ponce Enriacutequez por Rizofiltracioacuten con Pasto Azul (dactylis glomerata)

Las especies seleccionadas fueron separadas en tres grupos de

10 plantas y cada una de ellas se colocoacute en contacto con

400 mL de soluciones sinteacuteticas de As de 0154 mgL-1

0375 mgL-1 y 0847 mgL-1 durante 15 diacuteas Durante este

periodo se llevoacute un registro del pH de las soluciones asiacute como

del marchitamiento mortalidad y coloracioacuten de las plantas

Los diacuteas 1 2 3 6 7 8 9 y 15 del ensayo se tomaron aliacutecuotas

de 10 mL para el anaacutelisis de la concentracioacuten de As en el ICP-

OES Se determinoacute el porcentaje de absorcioacuten del metal

pesado por las plantas con base en la diferencia entre la

concentracioacuten inicial y final de este metaloide en solucioacuten

ademaacutes se consideroacute la peacuterdida de volumen de muestra debido

a la evaporacioacuten y absorcioacuten propia de las plantas

En funcioacuten de los resultados obtenidos se seleccionoacute la especie

que presentoacute el mayor porcentaje de absorcioacuten de As en

soluciones sinteacuteticas para su posterior aplicacioacuten en ensayos

de depuracioacuten de aguas de riacuteo y efluentes de la zona de Camilo

Ponce Enriacutequez

222 Desarrollo de cultivos hidropoacutenicos de pasto azul

(dactylis glomerata)

Se implementaron semilleros hidropoacutenicos empleando como

sustrato espuma de poliuretano en cubos de 25 cm por arista

Cada cubo se humedecioacute con agua destilada previo a colocar

3 a 4 semillas de pasto azul (dactylis glomerata) con el fin de

facilitar la germinacioacuten (Quishpe 2010)

Los cubos con las semillas se colocaron en recipientes

(semilleros) que se cubrieron con agua destilada y se dejaron

reposar por 24 horas para que el sustrato capte toda la

humedad necesaria para favorecer la germinacioacuten

Transcurrido ese periodo se evacuoacute el exceso de agua para que

prosiga el proceso Durante esta etapa se realizoacute una

depuracioacuten de las plaacutentulas que no germinaron

Las primeras plaacutentulas germinadas fueron trasladadas a

bandejas con solucioacuten nutritiva que provee los nutrientes

necesarios para su adecuado desarrollo (INTAGRI 2017)

Esta solucioacuten fue elaborada a partir de macronutrientes como

fosfato di aacutecido de potasio (KH2PO4) nitrato de potasio

(KNO3) nitrato de calcio tetra hidratado [Ca(NO3)24H2O]

sulfato de magnesio hepta hidratado (MgSO47H2O) y

micronutrientes como EDTA de hierro (Fe) sulfato

manganoso hidratado (MnSO4 H2O) aacutecido boacuterico (H3BO3)

sulfato cuacuteprico penta hidratado (CuSO45H2O) molibdato de

amonio tetra hidratado [(NH4)6Mo7O24H2O] sulfato de zinc

hepta hidratado (ZnSO47H2O) cuya composicioacuten se presenta

en la Ficha Teacutecnica III Las plaacutentulas permanecen en las

bandejas hasta alcanzar una longitud de 10 a 12 cm

Las plantas ya desarrolladas fueron trasladas a un sistema

hidropoacutenico vertical NFT (Nutrient Film Technique) que estaacute

compuesto de a) Canales para cultivo hidropoacutenico (tubos PVC

de 3 m de largo y 01 m de diaacutemetro) b) Estructura de madera

(1 m de base 24 de largo y 21 de alto) y c) Sistema de

bombeo y alimentacioacuten (red de distribucioacuten bomba y tanque

de alimentacioacuten) conforme a la Figura 1 Ademaacutes en los

canales para el cultivo hidropoacutenico las plantas se colocaron

con una separacioacuten de 5 cm entre cada una de ellas

Figura 1 Esquema sistema hidropoacutenico vertical NFT

(Nutrient Film Technique)

Durante el proceso de crecimiento de las plantas de pasto azul

se controloacute su longitud la presencia de plagas y la mortalidad

de las mismas Las plantas permanecieron de 4 a 5 meses

dentro de este sistema hasta que presentaron longitudes

promedio de 60 cm en hojas y 12 cm en raiacutez previo a ser

empleadas en el tratamiento de rizofiltracioacuten de las muestras

de efluentes y cuerpos hiacutedricos (Barreto 2019)

23 Remocioacuten de As de efluentes liacutequidos de plantas de

beneficio y cuerpos hiacutedricos por rizofiltracioacuten con pasto

azul a escala laboratorio

Las muestras de efluentes liacutequidos de dos plantas de beneficio

y dos cuerpos hiacutedricos del distrito minero de Camilo Ponce

Enriacutequez que presentaron concentraciones de As superiores a

los liacutemites maacuteximos permisibles establecidos en la normativa

ambiental se trataron por rizofiltracioacuten con pasto azul

desarrollado por medios hidropoacutenicos (4 y 5 meses)

Para la depuracioacuten de los efluentes y el agua de los cuerpos

hiacutedricos a escala laboratorio se emplearon en cada caso

5000 mL de muestra que se colocaron en contacto con plantas

de pasto azul de 4 meses de crecimiento a las cuales se les

midioacute previamente la longitud de la raiacutez y las hojas conforme

a la Figura 2

Durante el tratamiento con una periodicidad de 48 horas se

tomaron aliacutecuotas de 30 mL de muestras de efluentes y aguas

para determinar la concentracioacuten de As remanente en las

soluciones empleando ICP-OES

El proceso de depuracioacuten de As por rizofiltracioacuten para los

efluentes de las plantas de beneficio de oro finalizoacute una vez

que la solucioacuten residual alcanzoacute concentraciones menores a

01 mgL-1 y 005 mg L-1 para las aguas de los cuerpos

hiacutedricos En ambos casos los porcentajes de remocioacuten del

metaloide fueron superiores al 90

Se realizoacute otro ensayo de rizofiltracioacuten para ello se incrementoacute

el tiempo de crecimiento de las especies de pasto azul de 4 a 5

meses a fin de determinar coacutemo variacutea este paraacutemetro en la

absorcioacuten de As y se procedioacute con el tratamiento antes

detallado Para este tratamiento se redujo el nuacutemero de plantas

a 10 especies y se empleoacute 3000 mL de muestra de agua para

cuerpos hiacutedricos y 5000 mL para efluentes liacutequidos de plantas

de beneficio

Remocioacuten de Arseacutenico de Efluentes Liacutequidos de Plantas de Beneficio de Oro y Cuerpos Hiacutedricos de la Zona Minera de Ponce Enriacutequez por Rizofiltracioacuten con Pasto Azul (dactylis glomerata)

Figura 2 Tratamiento de rizofiltracioacuten con pasto azul (dactylis glomerata)

Durante todos los ensayos a escala laboratorio se determinaron

porcentajes de mortalidad marchitamiento y tamantildeo de hojas

con el fin de establecer el grado de afectacioacuten de la absorcioacuten

de As en el desarrollo de la planta y su eficiencia en el

tratamiento

Una vez finalizados los diferentes tratamientos por

rizofiltracioacuten con pasto azul se determinoacute la concentracioacuten de

As presente en las hojas y la raiacutez de las plantas empleadas

durante el proceso Con este fin las plantas se secaron a

temperatura ambiente por dos semanas y se llevaron

separadamente a disgregacioacuten con aacutecido niacutetrico (65) Las

soluciones obtenidas se llevaron a anaacutelisis de la concentracioacuten

de As en ICP-OES Esto con el fin de determinar en queacute

seccioacuten de la planta se alojaba la mayor cantidad del metaloide

Con todos los datos obtenidos se realizoacute un anaacutelisis estadiacutestico

del comportamiento de cada ensayo para ello se aplicaraacute el

meacutetodo de varianza global (ADEVA o ANOVA)

24 Remocioacuten de As de efluentes liacutequidos de plantas de

beneficio por rizofiltracioacuten con pasto azul a escala piloto

Para la aplicacioacuten del tratamiento de depuracioacuten por

rizofiltracioacuten a escala piloto se instaloacute un sistema de

humedales artificiales de 20 L por diacutea de capacidad El

esquema de la instalacioacuten piloto se ilustra en la Figura 3 y fue

desarrollado de acuerdo a lo sugerido por Guanoluisa (2012)

El sistema estuvo compuesto por una estructura metaacutelica de

acero al carbono recubierto con pintura anticorrosiva con una

pendiente de 007 m que conteniacutea 2 recipientes tipo caja de

polipropileno comercial con sustrato inerte (34 cm de altura)

Dicho sustrato tuvo una primera capa de 9 cm de grava (2 a

4 cm) seguido de 9 cm de grava (lt 2 cm) y finalmente 16 cm

de una mezcla de grava y piedra poacutemez (lt 2 cm)

El sustrato fue lavado y desinfectado previamente con una

solucioacuten de cloro y se dejoacute secar al ambiente durante 1 diacutea En

eacuteste se colocaron 15 plantas de pasto azul de 6 meses de

crecimiento hidropoacutenico Se registroacute la longitud de la raiacutez y

hojas se adicionoacute solucioacuten nutritiva la misma que fue

recirculada por 5 diacuteas En este periodo de tiempo las plantas se

acondicionaron para tratamiento posterior

Figura 3 Esquema de humedales artificiales con pasto azul

(Modificado de Guanoluisa 2012)

Para la depuracioacuten por rizofiltracioacuten se emplearon 5 L de

efluentes liacutequidos de planta de beneficio de oro La

caracterizacioacuten de cada muestra se realizoacute conforme al

numeral 213 La muestra se colocoacute en el tanque de

alimentacioacuten desde el cual se bombeoacute hacia el humedal

superior (humedal 1) una vez terminado el bombeo se dejoacute en

contacto con las plantas durante 24 horas posterior a ello se

descargoacute la solucioacuten al segundo humedal (humedal 2) en el

cual se tuvo un tiempo de retencioacuten de 24 horas

Al finalizar el tiempo de tratamiento de cada efluente se

tomaron muestras de 30 mL de las soluciones de salida del

humedal 2 para el respectivo anaacutelisis del contenido de As

residual por medio del equipo ICP-OES Con los resultados

obtenidos se estableceraacute el porcentaje de absorcioacuten del

metaloide y la eficiencia de depuracioacuten del proceso

3 RESULTADOS Y DISCUSIOacuteN

Con base en los resultados del monitoreo de cuerpos hiacutedricos

realizado en los tres distritos mineros del sur del Ecuador se

seleccionoacute como zona de estudio el distrito de Camilo Ponce

Enriacutequez ya que presentaba las mayores concentraciones de

As seguacuten los estudios mencionados en la Seccioacuten 211

Con estos antecedentes se identificaron a los riacuteos Siete y Chico

como los cuerpos hiacutedricos a emplear en el presente trabajo

pues ambos superaban en promedio 20 veces el liacutemite maacuteximo

permisible establecido en la Tabla 2 del Anexo del Texto

Unificado de Legislacioacuten Secundaria del Ministerio del

Ambiente conforme se presenta en la Tabla 2

Tabla 2 Resultados de monitoreo de calidad de agua en cuerpos hiacutedricos del

Distrito Minero de Camilo Ponce Enriacutequez

Cuerpo Hiacutedrico

Concentracioacuten de As (mgL-1)

PRODEMINCA

1998

INIGEMM

2014

Appleton et al

2001

Riacuteo Siete 0785 0893 047

Riacuteo Chico 282 0051 ---

LMP(1) 005

(1) Liacutemite Maacuteximo Permisible Anexo 1 Tabla 2 Criterio de Calidad

Admisible para la preservacioacuten de la vida acuaacutetica y silvestre en agua dulce marinas y de estuario TULSMA

Remocioacuten de Arseacutenico de Efluentes Liacutequidos de Plantas de Beneficio de Oro y Cuerpos Hiacutedricos de la Zona Minera de Ponce Enriacutequez por Rizofiltracioacuten con Pasto Azul (dactylis glomerata)

Adicionalmente para la seleccioacuten de la zona de estudio se

consideroacute la informacioacuten del Catastro Minero (ARCOM

2019) se determinoacute que en el distrito Camilo Ponce Enriacutequez

se ubican 25 concesiones mineras y 38 plantas de beneficio de

las cuales maacutes del 95 no estaacuten regularizados ambientalmente

para la ejecucioacuten de sus labores mineras por lo que estas no

cuentan con las medidas ambientales necesarias para cumplir

con los requerimientos establecidos por la Maacutexima Autoridad

Ambiental en la gestioacuten de sus descargas Esta situacioacuten

afecta a la calidad de los cuerpos hiacutedricos que se ubican cerca

de estas actividades los mismos que aguas abajo son utilizados

para consumo humano y riego

Por esta razoacuten se identificaron dos plantas de beneficio

ubicadas en la zona de influencia de los cuerpos hiacutedricos

seleccionados cuyos efluentes liacutequidos presentaron

concentraciones de As superiores a 01 mgL-1 que

corresponde al liacutemite maacuteximo permisible establecido en el

Anexo 1 Tabla 9 (Ministerio del Ambiente 2015)

31 Georreferenciacioacuten de las muestras empleadas

Una vez seleccionados los dos riacuteos y las dos plantas de

beneficio se georreferenciaron los puntos objeto de estudio

para lo que se tomaron las coordenadas de cada uno de ellos

en el sistema WGS 84 ndash 17 Sur que se detalla en la Tabla 3

Se debe sentildealar que existe una distancia aproximada de 6 Km

en liacutenea recta desde el punto de muestreo del cuerpo hiacutedrico y

la planta de beneficio que se ubica sobre el mismo es decir

que el efluente liacutequido con el que se trabajaraacute contribuye con

carga contaminante al cuerpo hiacutedrico de estudio por lo que es

importante la aplicacioacuten de sistemas de tratamiento previo a su

descarga

32 Caracterizacioacuten de las muestras de cuerpos hiacutedricos y

efluentes de plantas de beneficio de oro

Una vez identificados los puntos de estudio se procedioacute con

un muestreo puntual de agua en cada uno de ellos para lo cual

se siguioacute los lineamientos de la Norma Teacutecnica INEN 2176

(Seccioacuten 212) Las muestras fueron caracterizadas a fin de

determinar la concentracioacuten inicial de metales como Cu Cd

Pb Fe Zn Hg y As ademaacutes se midioacute el pH factor importante

al momento de la remocioacuten del metal pesado de intereacutes

durante el proceso de rizofiltracioacuten los resultados se presentan

en la Tabla 4

Las muestras de agua superficial tomadas en los dos cuerpos

hiacutedricos y las dos muestras de efluentes liacutequidos de plantas de

beneficio presentan valores de As sobre los liacutemites maacuteximos

permisibles establecidos en la normativa ambiental

ecuatoriana manteniendo concordancia con los datos

presentados en la Tabla 2 del presente documento

Tabla 3 Coordenadas de los cuatro puntos de muestreo

Muestra Nomenclatura Coordenadas WGS 84-17S

Norte Este

Riacuteo Siete RS 636474 9661446 Riacuteo Chico CH 644996 9668296

Planta de beneficio 1 PB1 642260 9657706

Planta de beneficio 2 PB2 651264 9665731

Tabla 4 Caracterizacioacuten de muestras de cuerpos hiacutedricos y plantas de

beneficio

Paraacutemetro

analizadoss

Muestra

Riacuteo

Siete(1)

Riacuteo

Chico(1)

Planta de

Beneficio 1(2)

Planta de

Beneficio 2(2)

pH 780 835 787 840

Metales

(mgL-1)

As 012 027 014 024

Cu 001 001 028 533 Fe 002 lt001 009 010

Pb 008 002 003 001

Zn 001 lt001 002 002 Cd lt001 lt001 001 lt001

Hg 00002 00003 00004 00001

(1) Liacutemite Maacuteximo Permisible Anexo 1 Tabla 2 TULSMA (2) Liacutemite Maacuteximo Permisible Anexo 1 Tabla 9 TULSMA

La concentracioacuten de As del riacuteo Chico supera 5 veces al liacutemite

maacuteximo permisible establecido por la Autoridad Ambiental

Nacional siendo eacuteste el valor maacutes alto de las 4 muestras

analizadas Esto puede deberse a que en su parte superior

recibe una considerable aporte de la contaminacioacuten de las

actividades mineras de la zona de San Gerardo conforme a lo

sentildealado por PRODEMINCA (1998) donde se destaca que en

las descargas de efluentes el principal elemento presente es el

As un ejemplo de ello es la planta de beneficio 2 cuya

concentracioacuten de As es 024 mgL-1 que representa maacutes del

doble del liacutemite permisible que corresponde a 01 mg L-1

afectando la capacidad de autodepuracioacuten del cuerpo hiacutedrico

esta actividad se desarrolla a 6 Km del punto de toma de

muestra del riacuteo en referencia

33 Seleccioacuten de especie con mayor capacidad de absorcioacuten

de As en medio acuoso

Para la seleccioacuten de la especie maacutes adecuada para la remocioacuten

de As a traveacutes de rizofiltracioacuten se partioacute de los resultados

previos obtenidos por Barreto (2019) en los cuales se

consideraron 16 especies iniciales entre terrestres y acuaacuteticas

las mismas que fueron puestas por 48 horas en contacto con

una solucioacuten sinteacutetica de 45 mgL-1 de As a fin de determinar

la que presentaba mayor remocioacuten de eacuteste metaloide

En funcioacuten de los resultados obtenidos por Barreto (2019) se

seleccionaron tres especies dos acuaacuteticas (jacinto de agua y

helecho acuaacutetico miniatura) y una terrestre (pasto azul) que

fueron desarrollados por medios hidropoacutenicos y puestas en

contacto con soluciones sinteacuteticas de As de concentraciones de

0154 mgL-1 0375 mgL-1 y 0847 mgL-1 por 15 diacuteas

obteniendo los siguientes resultados

Se determinoacute que el jacinto de agua remueve el mayor

porcentaje de As de soluciones sinteacuteticas obteniendo un valor

maacuteximo de 98 al estar en contacto con una solucioacuten sinteacutetica

de 0154 mgL-1 de As sin embargo su tasa de mortalidad y

marchitamiento fue 76 y 78 respectivamente en cambio el

pasto azul para la misma concentracioacuten de As removioacute el 96

del metaloide con una mortalidad del 437 y 28 de

marchitamiento por lo que esta especie tuvo la mejor

adaptabilidad ya que no se vio afectado su desarrollo Esto

concuerda con los sentildealado por Raskyn et al (1997) respecto

a que las especies terrestres desarrolladas en medios

hidropoacutenicos son maacutes aptas para la remocioacuten de metales

pesados presentes en solucioacuten

Remocioacuten de Arseacutenico de Efluentes Liacutequidos de Plantas de Beneficio de Oro y Cuerpos Hiacutedricos de la Zona Minera de Ponce Enriacutequez por Rizofiltracioacuten con Pasto Azul (dactylis glomerata)

Tabla 5 Evaluacioacuten de remocioacuten de As de soluciones sinteacuteticas

Especie Remocioacuten As () Mortalidad

()

Marchita

() T-1(1) T-2(2) T-3(3

Jacinto agua 980 580 640 760 780

Pasto azul 960 570 700 473 280 Helecho 840 440 430 100 100

(1) T-1 Solucioacuten sinteacutetica 0154 mgL-1

(2) T-2 Solucioacuten sinteacutetica 0375 mgL-1 (3) T-3 Solucioacuten sinteacutetica 0847 mgL-1

Dushenkov et al (1995) sentildeala que las raiacuteces de las plantas

terrestres tienen una capacidad intriacutenseca para absorber y

precipitar metales pesados de soluciones y que los pastos

tienen la propiedad de regenerar su raiacutez siendo esto

beneficioso para emplearlos en procesos de rizofiltracioacuten Bajo

estos criterios se seleccionoacute a la especie de pasto azul como la

de mejores caracteriacutesticas para la aplicacioacuten del tratamiento de

rizofiltracioacuten en muestras de cuerpos hiacutedricos y efluentes

liacutequidos de plantas de beneficio con concentraciones de As

superiores a los liacutemites maacuteximos permisibles

34 Desarrollo de cultivos hidropoacutenicos de pasto azul

(dactylis glomerata)

Para el desarrollo de cultivos hidropoacutenicos de pasto azul se

emplearon 276 cubos de sustrato en los cuales se colocaron de

3 a 5 semillas de acuerdo a la metodologiacutea descrita en la

Seccioacuten 222 En eacutesta fase se obtuvo un 640 de germinacioacuten

a los 11 diacuteas de proceso Al final de este periodo las plaacutentulas

presentaron un promedio de crecimiento de 188 cm

Las semillas germinadas fueron colocadas en bandejas con

solucioacuten nutritiva de las cuales el 760 alcanzaron una

longitud de entre 10 a 12 cm posterior a ello se trasladaron al

sistema hidropoacutenico vertical NFT en esta etapa

permanecieron de 4 a 5 meses previo a ser empleadas en el

tratamiento de rizofiltracioacuten para lo cual alcanzaron

longitudes promedio de 60 cm en hojas y 12 cm en raiacutez

(Seccioacuten 222)

Durante el crecimiento de las plantas se controloacute la presencia

de plagas y mortalidad de las mismas para contrarrestar la

plaga de pulgoacuten verde que sufrieron al tercer mes de

crecimiento se empleoacute una insecticida natural que conteniacutea

ajo y agua (relacioacuten 19) con ello se eliminoacute el 80 de la plaga

en el plazo de 24 horas Adicionalmente se repitioacute el proceso

cada 2 diacuteas hasta obtener el 100 de depuracioacuten

Semanalmente se limpiaron las hojas marchitas de las plantas

a fin de que eacutestas se regeneren

35 Resultados de remocioacuten de As por rizofiltracioacuten

empleando pasto azul a escala laboratorio

351 Remocioacuten de As de muestras de agua superficial de

dos cuerpos hiacutedricos

Con base en los resultados de la caracterizacioacuten de las

muestras de agua superficial de los riacuteos Chico y Siete cuya

concentracioacuten de As sobrepasaba el liacutemite maacuteximo permisible

de 005 (mgL-1) y considerando los resultados presentados en

la Tabla 5 donde se verificoacute que el pasto azul (dactylis

glomerata) presentaba porcentajes de remocioacuten de As

superiores al 50 con una mortalidad del 473 se procedioacute

directamente a la aplicacioacuten del tratamiento de rizofiltracioacuten

para las muestras de agua

Las plantas empleadas en los tratamientos se desarrollaron en

cultivos hidropoacutenicos con solucioacuten nutritiva a fin de que la

raiacutez de la especie vegetal se adapte al medio acuoso de

acuerdo a lo detallado en la Seccioacuten 222

Para la muestra de agua del riacuteo Siete se realizoacute dos

tratamientos en el primero se empleoacute 15 plantas de pasto azul

con 4 meses de crecimiento cuyas dimensiones promedio

fueron 5327 cm hojas y 1147 cm raiacutez Para el segundo

tratamiento se redujo el nuacutemero de especies a 10 plantas con

un tiempo de crecimiento de 5 meses y longitudes promedio

de 136 cm y 609 cm para raiacutez y hojas respectivamente

Conforme a los resultados sentildealados en la Tabla 6 para el

Tratamiento 1 al cuarto diacutea ya se contoacute con concentraciones

de As inferiores al liacutemite maacuteximo permisible de 005 mgL-1

establecido en la normativa ambiental aplicable para la

preservacioacuten de los cuerpos hiacutedricos Desde el diacutea quinto hasta

el deacutecimo tercer diacutea la reduccioacuten de la concentracioacuten del

metaloide se mantiene constante y al deacutecimo cuarto diacutea la

concentracioacuten de As se ubica bajo el liacutemite recomendable por

la Organizacioacuten Mundial de la Salud de 001 mgL-1

alcanzando su maacuteximo porcentaje de remocioacuten el deacutecimo

quinto diacutea de tratamiento con un 972 y una tasa de

marchitamiento del 80

El tratamiento se podriacutea aplicar hasta el cuarto diacutea tiempo en

el cual las plantas presentan una mortalidad del 40 con una

remocioacuten del 716 A partir de ese tiempo las especies

vegetales empiezan a perder su capacidad de tolerancia al As

esto puede deberse a que las fitoquelatinas que son peacuteptidos

que permiten la quelacioacuten o precipitacioacuten de los metales

pesados dentro de las vacuolas celulares y con ello evitar dantildeo

celular de las plantas estaacuten perdiendo su capacidad de

asociacioacuten con los metales lo que disminuye su remocioacuten

(Schat 2002 Yadav 2010)

En el ensayo de rizofiltracioacuten del Tratamiento 2 se puede

observar que al segundo diacutea de tratamiento ya se tienen

concentraciones menores al liacutemite maacuteximo permisible con un

porcentaje de remocioacuten del 737 Ademaacutes las plantas

presentaron un marchitamiento del 20 por lo que al emplear

especies maacutes maduras se puede tanto obtener mejores

resultados en menor tiempo como regenerar las especies para

aplicarlas en otros tratamientos ya que eacutestas se han adaptado

a la concentracioacuten de As Cabe sentildealar que las especies

utilizadas en este tratamiento presentaron un sistema radicular

maacutes desarrollado en comparacioacuten con las plantas del

tratamiento anterior

Al respecto en el estudio de Vaacutesquez et al (2009) se

establecioacute que las plantas han desarrollado varios mecanismos

para controlar la homeostasis de elementos esenciales y

soportar el estreacutes generado por elementos toacutexicos lo que le

permite adaptarse a ellos por lo que los altos porcentajes de

remocioacuten de As pueden atribuirse a que la planta asimiloacute a este

metaloide como un nutriente

Remocioacuten de Arseacutenico de Efluentes Liacutequidos de Plantas de Beneficio de Oro y Cuerpos Hiacutedricos de la Zona Minera de Ponce Enriacutequez por Rizofiltracioacuten con Pasto Azul (dactylis glomerata)

Tabla 6 Remocioacuten de As de muestras del riacuteo Siete empleando rizofiltracioacuten

con pasto azul Tratamiento 1(2) Tratamiento 2(3)

Diacutea de

tratamiento

Concentracioacuten

As solucioacuten

(mgL-1)

Diacutea de

tratamiento

Concentracioacuten

As solucioacuten

(mgL-1)

LMP(1) 005 LMP(1 005

0 0120 0 0120

1 0050 1 0061 4 0038 2 0032

5 0034 5 0014

7 0024 6 0006 15 0006 7 0001

(1) Liacutemite Maacuteximo Permisible Anexo 1 Tabla 2 TULSMA

(2) Tratamiento 1 5000 mL de muestra 15 plantas y 4 meses de crecimiento (3) Tratamiento 2 3000 mL de muestra 10 plantas y 5 meses de crecimiento

De acuerdo a Meharg A (2005) y Rangel et al (2015) el As

en forma de arseniato (As+5) puede sustituir al fosfato que es

considerado como un macronutriente de la solucioacuten nutritiva

en la cual se desarrollaron las plantas pues posee una

estructura anaacuteloga y por consiguiente puede entrar a las

ceacutelulas a traveacutes del sistema de transporte del fosfato

Para la muestra de agua del riacuteo Chico se partioacute de una

concentracioacuten de As de 027 mgL-1 y se tratoacute 5000 mL por

rizofiltracioacuten con 15 plantas de pasto azul de 4 meses de

crecimiento hidropoacutenico con dimensiones de 6260 cm y 1273

cm de longitud de hojas y raiacutez respectivamente De los

resultados obtenidos se determinoacute que al seacuteptimo diacutea la

concentracioacuten de As se encontroacute bajo el liacutemite maacuteximo

permisible tiempo que es superior en 3 diacuteas a los resultados

obtenidos en los tratamientos con las muestras del riacuteo Siete que

presentoacute una concentracioacuten inicial de As menor a la del riacuteo

Chico por lo que al octavo diacutea se finalizoacute el tratamiento y se

alcanzoacute una maacutexima remocioacuten de 974 con una mortalidad

del 70

Con estos resultados se realizoacute otro ensayo de rizofiltracioacuten

que corresponde al Tratamiento 2 en el que se redujo el

nuacutemero de plantas y el volumen de muestra de 5000 mL a

3000 mL a fin de determinar la influencia de estos factores en

la absorcioacuten de As En este caso se emplearon 10 plantas de

pasto azul con 5 meses de crecimiento cuyas dimensiones

fueron 1250 cm y 5180 cm de para raiacutez y hojas

respectivamente En la Tabla 7 se muestra que al sexto diacutea de

tratamiento presentaron valores bajo al liacutemite maacuteximo

permisible lo que puede deberse a que el sistema radicular de

estas especies estuvo maacutes desarrollado favoreciendo la

absorcioacuten del As ya que al seacuteptimo se alcanzoacute el 999 de

remocioacuten con un 200 de mortalidad

Tabla 7 Remocioacuten de As de muestras del riacuteo Chico empleando

rizofiltracioacuten con pasto azul Tratamiento 1(2) Tratamiento 2(3)

Diacutea de

tratamiento Concentracioacuten As

solucioacuten (mgL-1) Diacutea de

tratamiento Concentracioacuten As

solucioacuten (mgL-1)

LMP(1) 005 LMP(1) 005

0 0270 0 0270

1 0206 1 0204 2 0094 2 0185

6 0051 5 0090

7 0026 6 0037

8 0007 7 0001

(1) Liacutemite Maacuteximo Permisible Anexo 1 Tabla 2 TULSMA

(2) Tratamiento 1 5000 mL de muestra 15 plantas y 4 meses de crecimiento (3) Tratamiento 2 3000 mL de muestra 10 plantas y 5 meses de crecimiento

Figura 4 Remocioacuten de As en funcioacuten de la concentracioacuten inicial

Para determinar coacutemo afecta la concentracioacuten de As en la

remocioacuten de este metal a traveacutes de rizofiltracioacuten se realizoacute una

comparacioacuten entre los resultados del Tratamiento 1 de las 2

muestras de agua de los cuerpos hiacutedricos del Distrito Minero

Camilo Ponce Enriacutequez Los resultados obtenidos se muestran

en la Figura 4 en esta comparacioacuten se puede observar que a

menor concentracioacuten de As se llega en menor tiempo a valores

bajo los liacutemites permisibles La muestra del riacuteo Siete al primer

diacutea de tratamiento alcanza este valor mientras que la muestra

del riacuteo Chico lo alcanza al sexto diacutea

Para el seacuteptimo diacutea las dos muestras de estudio alcanzaron el

mismo rango de concentracioacuten de As que es inferior al liacutemite

maacuteximo permisibles establecido en la normativa ambiental

Asiacute mismo se puede observar que las plantas una vez que

absorben maacutes del 50 empiezan a reducir su capacidad de

absorcioacuten lo que puede atribuirse a que la planta estaacute

saturaacutendose ya no reconoce al As como fosfato

352 Remocioacuten de As de muestras de agua de efluentes

liacutequidos de dos plantas de beneficio de oro a escala

laboratorio

De acuerdo a PRODEMINCA (1998) en las cuencas de los

riacuteos Chico y Siete se ubica una extensa explotacioacuten auriacutefera a

partir de minerales que contienen sulfuros Las teacutecnicas de

explotacioacuten y beneficio no son en su mayoriacutea eficientes como

tampoco lo es la disposicioacuten de los efluentes esto genera

afectacioacuten a los cuerpos hiacutedricos de la zona Por ello se evaluoacute

la remocioacuten de As por rizofiltracioacuten para los efluentes de dos

plantas de beneficio instaladas en las riveras de estos riacuteos

Para cada ensayo se partioacute de 5000 mL de efluentes liacutequidos

y 15 plantas de pasto azul de 4 meses de crecimiento cuyas

dimensiones en promedio fueron para la Planta de Beneficio

1 6547 cm (hojas) y 1213 cm (raiacutez) y para la Planta de

Beneficio 2 6270 cm (hojas) y 148 cm (raiacutez) En la Tabla 8

se presentan los resultados del Tratamiento 1 para cada planta

de beneficio

En la Tabla 8 se observa que las concentraciones As del

efluente de la Planta de Beneficio 1 es superior en 04 mgL-1

del liacutemite maacuteximo permisible por lo que al segundo diacutea de

tratamiento ya se alcanzan valores bajo el liacutemite que

corresponde al 610 de remocioacuten del metaloide

000

003

006

009

012

015

018

021

024

027

030

0 1 2 3 4 5 6 7 8 9

Con

cen

trac

ioacuten

n d

e A

s en

solu

cioacuten

(mgL

-1)

Diacuteas de tratamiento

Riacuteo Siete Riacuteo Chico Liacutemite maacuteximo permisible

Remocioacuten de Arseacutenico de Efluentes Liacutequidos de Plantas de Beneficio de Oro y Cuerpos Hiacutedricos de la Zona Minera de Ponce Enriacutequez por Rizofiltracioacuten con Pasto Azul (dactylis glomerata)

Tabla 8 Remocioacuten de As de muestras de efluente liacutequido de dos plantas de

beneficio empleando rizofiltracioacuten con pasto azul Planta de Beneficio 1 Planta de Beneficio 2

Diacutea de

tratamiento

Concentracioacuten As

en solucioacuten

(mgL-1)

Diacutea de

tratamiento

Concentracioacuten As

en solucioacuten

(mgL-1)

LMP(1) 010 LMP(1) 010

0 0140 0 0240

1 0113 1 0188

2 0055 3 0092

6 0043 8 0034

7 0030 13 0023 8 0024 14 0014

9 0011 15 0010

(1) Liacutemite Maacuteximo Permisible Anexo 1 Tabla 9 Liacutemites de Descarga a un Cuerpo de Agua Dulce TULSMA

Sin embargo se continuoacute con el proceso hasta alcanzar la

concentracioacuten miacutenima recomendada por la Organizacioacuten

Mundial de la Salud (10 ug L-1) valor que se lo alcanzoacute al

noveno diacutea de tratamiento con un porcentaje de remocioacuten del

921 y una mortalidad de las especies de pasto azul del 80

Por otro lado para la Planta de Beneficio 2 se partioacute de

concentracioacuten de As dos veces superior al liacutemite maacuteximo

permisible de 010 mgL-1 para el tercer diacutea de tratamiento ya

se obtuvieron concentraciones bajo el liacutemite que corresponden

al 63 de remocioacuten al igual que el tratamiento aplicado al

efluente de la planta de beneficio 1 se continuoacute con el mismo

hasta alcanzar una concentracioacuten de 001 mgL-1 de As

presente en la muestra de estudio este valor se obtuvo al

deacutecimo quinto diacutea lo que representa el 96 de remocioacuten con

un porcentaje de mortandad del 80

Al igual que con las muestras de agua de los cuerpos hiacutedricos

se realizoacute otro ensayo para los efluentes de plantas de

beneficio en el que se varioacute el tiempo de crecimiento de las

especies de pasto azul de 4 a 5 meses y se mantuvo el volumen

de 5000 mL de muestra cuyos resultados se presentan en las

Figuras 5 y 6

Para la Planta de Beneficio 1 se redujo el nuacutemero de especies

de 15 a 10 plantas de pasto azul con dimensiones promedio de

183 cm de raiacutez y 649 cm de hojas Bajo estos paraacutemetros se

alcanzoacute al primer diacutea de tratamiento una concentracioacuten de As

de 0076 mgL-1 valor inferior al liacutemite maacuteximo permisible y

para el octavo diacutea se alcanzoacute el 936 de remocioacuten con un

600 de mortalidad valores que se presentan en la Figura 5

Figura 5 Remocioacuten de As de efluentes liacutequidos de Planta de Beneficio 1 en funcioacuten del nuacutemero de plantas de pasto azul

Figura 6 Remocioacuten de As de efluentes liacutequidos de Planta de Beneficio 2 (PB2) variando dimensiones de planta y tiempo de crecimiento

De la Figura 5 se puede determinar que al trabajar con un

menor nuacutemero de especies se presenta la misma tendencia que

al emplear 15 plantas de pasto azul esto se debe a que el

sistema radicular de las especies del segundo tratamiento se

encontraba maacutes desarrollado lo que favorecioacute en el proceso de

absorcioacuten de As ya que al tener un xilema maacutes desarrollado

aumenta la capacidad hiperacumuladora de metales por las

plantas de acuerdo a lo sentildealado por Rascio amp Navari-Izzo

(2011)

Para la Planta de Beneficio 2 se consideroacute solo al tiempo de

crecimiento de las especies como paraacutemetro de variacioacuten en

este tratamiento se empleoacute 15 especies de pasto azul de 5

meses cuyas dimensiones promedio fueron de 127 cm de raiacutez

y 552 cm de hojas bajo estas condiciones al deacutecimo cuarto

diacutea se llegoacute a una concentracioacuten de 0019 mgL-1 que

representa el 92 de remocioacuten de As Estos resultados fueron

graficados en la Figura 6 conjuntamente con los datos del

Tratamiento 1 y se puede evidenciar que no existe una

variacioacuten significativa entre ellos a pesar de que el sistema

radicular de las especies del Tratamiento 2 eran inferiores sin

embargo permanecieron un mayor tiempo en contacto con

solucioacuten nutritiva

353 Variacioacuten de crecimiento de raiacutez y hojas de especies

pasto azul empleado en rizofiltracioacuten

A fin de determinar coacutemo afecta la absorcioacuten de As en el

crecimiento de las plantas empleadas en la rizofiltracioacuten se

procedioacute a medir la raiacutez y hojas antes y despueacutes del

tratamiento Los resultados se presentan en la Tabla 9

Tabla 9 Dimensiones de raiacutez y hojas de pasto azul

Muestra Parte Dimensiones (cm) Diacuteas

tratamiento

de

remocioacuten As Inicial Final

Riacuteo Siete Hojas 5327 5435

15 9715 Raiacutez 1147 1021

Riacuteo Chico Hojas 6260 6543

8 9740 Raiacutez 1273 1527

Planta de

Beneficio 1

Hojas 6547 6778 9 9214

Raiacutez 1213 1219

Planta de

Beneficio 2

Hojas 6270 6520 15 9600

Raiacutez 1480 880

000

002

004

006

008

010

012

014

0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10

Con

cen

trac

ioacuten

de

As

en s

olu

cioacuten

(mgL

-1)

Diacutea de Tratamiento

Rizofiltracioacuten 15 plantas 5 L Rizofiltracioacuten 10 plantas 5 LLiacutemite maacuteximo permisible

000

003

006

009

012

015

018

021

024

027

0 2 4 6 8 10 12 14 16

Con

cen

trac

ioacuten

n d

e A

s en

solu

cioacuten

(mgL

-1)

Diacuteas de tratamiento

Tratamiento 1_PB2 Tratamiento 2_PB2

Liacutemite maacuteximo permisible

Remocioacuten de Arseacutenico de Efluentes Liacutequidos de Plantas de Beneficio de Oro y Cuerpos Hiacutedricos de la Zona Minera de Ponce Enriacutequez por Rizofiltracioacuten con Pasto Azul (dactylis glomerata)

De los datos presentados se observa que a un mayor tiempo

de retencioacuten el sistema radicular decrece debido a que se ve

debilitado por el contacto con la solucioacuten sin embargo en los

tratamientos que duraron la mitad del tiempo de retencioacuten se

tiene un crecimiento de la raiacutez de las plantas empleadas esto

puede deberse a que hasta ese tiempo la planta asimila al As

como fosfato que es utilizado como nutriente es decir

estimuloacute la produccioacuten de biomasa de raiacuteces manteniendo

concordancia con lo descrito por Vaacutesquez et al (2009) en su

ensayo con plantas de soja en soluciones de arseniato

Ademaacutes se observa que las dimensiones de las hojas de las

especies incrementa esto debido a que el As no afectoacute el

crecimiento de la planta ya que las concentraciones a las que

fueron expuestas son bajas entre 012 y 027 mgL-1

manteniendo concordancia con lo descrito por Machlis (1945)

quien que sentildeala que concentraciones de As de hasta 05 a

06 mgL-1 no suprimen el crecimiento de las plantas

354 Anaacutelisis de As en raiacutez y hojas de plantas de pasto azul

empleado en rizofiltracioacuten

A fin de determinar la cantidad de As retenido por las especies

de pasto azul que fueron empleadas en los diferentes

tratamientos de rizofiltracioacuten se procedioacute a tomar una muestra

de 3 plantas representativas con la raiacutez maacutes abundante y un

promedio de longitud de 13 cm las cuales fueron sometidas a

una disgregacioacuten aacutecida conforme al numeral 233 y

posteriormente se analizoacute la concentracioacuten de As tanto en raiacutez

como hojas mediante ICP-OES

Dushenkov et al (1995) y Del Toro et al (2013) en sus

estudios sentildealaron que la mayoriacutea de las plantas retienen gran

parte de la carga de plomo y As respectivamente en la raiacutez y

una pequentildea fraccioacuten se transporta preferentemente a las hojas

donde es secuestrada y acumulada en la vacuola celular esto

corrobora los datos presentados en la Tabla 10 en los cuales

se puede observar que en promedio maacutes del 768 del

metaloide de intereacutes se retuvo en el sistema radicular y hasta

un 231 en las hojas debido a que el As se inmovilizo en el

sistema radicular de la planta

Por otro lado tambieacuten se analizoacute una muestra de plantas que

no se sometieron a tratamiento de rizofiltracioacuten cuyos

resultados sirvieron para compararlos con las especies

aplicadas en las muestras de agua de los riacuteos asiacute como en las

descargas liacutequidas de las Plantas de Beneficio obteniendo que

los valores maacuteximos superan 10 y 15 veces al valor obtenido

en el blanco ademaacutes las plantas que estuvieron expuestas a las

mayores concentraciones de As (0240 y 0270 mgL-1)

presentaron los valores maacutes altos es decir la absorcioacuten de As

fue directamente proporcional a la concentracioacuten inicial del

metaloide

Tabla 10 Concentracioacuten de As en raiacutez y hojas de pasto azul empleadas en

rizofiltracioacuten

MUESTRA As (mgg-1) As

Raiacutez Hojas Raiacutez Hojas

BLANCO 0109 0019 852 148 RIO CHICO 1069 0360 748 252

RIO SIETE 0220 0082 728 272

PLANTA DE BENEFICIO 1 1624 0248 868 132 PLANTA DE BENEFICIO 2 0127 0047 731 269

Tabla 11 Anaacutelisis de Varianza de resultados de absorcioacuten de As con

diferentes tipos de muestras FV SC gl CM F p

Modelo 006 7 001 185 01 Muestra de tratamiento 006 7 001 185 01

Error 026 59 0 Total 031 66

SC=Suma de cuadrados F=valor estadiacutestico de distribucioacuten de Snedecor

p=valor estadiacutestico para aceptar o rechazar una hipoacutetesis

gL=grados de libertad CM=Media cuadraacutetica

Por otra parte la mayor acumulacioacuten de As en la raiacutez puede

deberse a factores internos de tolerancia de la planta como los

exudados radiculares que estaacuten formados por aacutecidos orgaacutenicos

que permiten la tolerancia de metales en el sistema radical que

pueden influenciar de manera directa en la solubilidad de

elementos ya sean esenciales o no a traveacutes de la acidificacioacuten

quelacioacuten precipitacioacuten y procesos de oacutexidondashreduccioacuten en la

rizoacutesfera y de forma indirecta mediante efectos en la actividad

microbiana en las propiedades fiacutesicas de la rizoacutesfera y en la

dinaacutemica de crecimiento de la raiacutez esto de acuerdo a lo

sentildealado por Gonzales y Zapata (2008) y lo verificado por

Dushenkov et al (1995) en su estudio empleando pasto para

remover plomo

36 Anaacutelisis estadiacutesticos de resultados de tratamiento de

rizofiltracioacuten

Los datos obtenidos referentes a la absorcioacuten de As de las 4

muestras empleadas en el estudio fueron analizados por el

meacutetodo ANOVA utilizando el sistema INFOSTATL a fin de

determinar si existe varianza significativa o no entre los

resultados de absorcioacuten de As de muestras de agua de 2 riacuteos y

2 efluentes de plantas de beneficio de la zona minera de

Camilo Ponce Enriacutequez hasta alcanzar valores inferiores al

liacutemite maacuteximo permisible cuyos resultados se presentan en la

siguiente Tabla

De las Tablas 11 y 12 se determina que el valor obtenido de p

es mayor que el 50 lo que significa que los resultados no

son significativamente diferentes entre siacute ya que se encuentran

dentro del mismo rango por lo que el tratamiento de

rizofiltracioacuten para muestras de agua que se encuentran sobre

los liacutemites maacuteximos permisibles establecidos por la normativa

ambiental son aplicables tanto para agua de cuerpos hiacutedricos

asiacute como para efluentes liacutequidos de plantas de beneficio

Ademaacutes todos los resultados presentan medias similares por

lo que se ubican en un mismo rango reforzando la hipoacutetesis

de que el tratamiento es aplicable a diferentes muestras de

agua

Tabla 12 Test de Tukey 5

Muestra de Tratamiento Medias n EE Rango

Rio Siete A 003 12 002 A

Rio Siete B 004 6 003 A

PLANTA DE BENEFICIO 1 A 006 8 002 A PLANTA DE BENEFICIO 1 B 006 7 002 A

PLANTA DE BENEFICIO 2 B 006 11 002 A

PLANTA DE BENEFICIO 2 A 007 10 002 A Rio Chico A 011 7 002 A

Rio Chico B 013 6 003 A

n=nuacutemero de muestras EE=error estaacutendar

Remocioacuten de Arseacutenico de Efluentes Liacutequidos de Plantas de Beneficio de Oro y Cuerpos Hiacutedricos de la Zona Minera de Ponce Enriacutequez por Rizofiltracioacuten con Pasto Azul (dactylis glomerata)

37 Anaacutelisis de resultados de implementacioacuten de ensayo a

escala piloto y propuesta de humedal para depuracioacuten

de efluentes liacutequidos

A fin de que el proceso de estudio sea aplicable como una

alternativa de tratamiento de efluentes liacutequidos de la industria

minera se consideroacute su aplicacioacuten en humedales artificiales

con pasto azul Para este proceso se emplearon 15 plantas en

cada humedal con 6 meses de crecimiento y dimensiones

promedio de 284 cm (raiacutez) y 660 cm (hojas) en el primer

humedal y 257 cm (raiacutez) y 594 cm (hojas) para el segundo

humedal las mismas que previamente se desarrollaron de

manera hidropoacutenica y fueron trasplantadas a los humedales

donde se adaptaron por 5 diacuteas (Seccioacuten 24)

Considerando que en los resultados de seccioacuten 36 se observa

que al segundo diacutea de tratamiento ya se obtienen valores de As

bajo el liacutemite maacuteximo permisible establecido en la normativa

ambiental para este estudio se consideroacute un tiempo de

retencioacuten de 48 horas previo a la descarga del efluente liacutequido

cuyos resultados se presentan en la Tabla 13

De los resultados se puede establecer que a las 48 horas se

logra obtener concentraciones de As bajo el liacutemite maacuteximo

permisible establecido por la normativa ambiental de

01 mgL-1 lo que corresponde al 98 y 95 de remocioacuten

del metaloide de los efluentes de las plantas de beneficio 1 y

2 respectivamente conforme se observoacute en los numerales

anteriores eacuteste porcentaje de remocioacuten se lo alcanza al seacuteptimo

o deacutecimo quinto diacutea de tratamiento sin embargo al combinar

la capacidad de absorcioacuten de As del pasto azul con el sustrato

empleado permiten incrementar la eficiencia del tratamiento

en un menor tiempo de aplicacioacuten

Otte amp Jacob (2006) sentildealan que existe una eficiencia del 65

para la remocioacuten de As empleando humedales artificiales

valor que confirma los datos obtenidos en la Tabla 13 Ademaacutes

se puede verificar que a menor concentracioacuten inicial se obtiene

una mayor remocioacuten del metaloide con una mortalidad del

10 debido a la capacidad de adaptacioacuten del pasto azul por

tanto pueden ser empleadas en varios procesos de

remediacioacuten sin embargo deberaacuten ser puestas en contacto con

solucioacuten nutritiva a fin de que las mismas se regeneren

Por otra parte con estos resultados se realizoacute la propuesta de

disentildeo de un humedal artificial para el tratamiento de efluentes

liacutequidos de plantas de beneficio a fin de disminuir la

concentracioacuten de As hasta niveles bajo el liacutemite maacuteximo

permisible para descargas liacutequidas a cuerpos hiacutedricos

Se considera un humedal artificial de flujo subsuperficial

vertical con comportamiento de un reactor de flujo ideal en

pistoacuten y modelo cineacutetico de remocioacuten de As de primer orden

(Culqui 2015)

Tabla 13 Remocioacuten de As en humedales artificiales con pasto azul

Tipo de muestra As (mgL-1) Remocioacuten

de As Inicial Final

Planta de Beneficio 1 014 0005 980

Planta de Beneficio 2 024 0013 950

(1) Liacutemite Maacuteximo Permisible Anexo 1 Tabla 9 Liacutemites de Descarga a un Cuerpo de Agua Dulce TULSMA

Tabla 14 Dimensionamiento de un humedal artificial Paraacutemetro Descripcioacuten Unidad Valor

Consideraciones

H(1) Altura Humedal m 060

Q Caudal entrada Ldiacutea-1 288000 Co Concentracioacuten Inicial As mgL-1 024

Cf Concentracioacuten Final de As mgL-1 0015

k Constante cineacutetica diacutea-1 -138 Ɛ(2) Porosidad del material 038

Dimensiones

As Aacuterea superficial total m2 2526

W Ancho m 410 L Largo m 616

t Tiempo de retencioacuten hidraacuteulico diacutea 2

n Nuacutemero de celdas 2

(1) Luna amp Castantildeeda 2014 (2) Saacutenchez 2010

Las dimensiones del humedal propuesto para el tratamiento se

presentan en la Tabla 14 donde se consideroacute una planta de

beneficio de pequentildea mineriacutea que descarga 010 Lseg-1 que

corresponderiacutea al caudal miacutenimo de entrada al humedal con

estos datos se establecioacute que se requiere un aacuterea superficial de

2526 m2 con dimensiones de 410 m de ancho 616 m de

largo y 060 m de profundidad Con un tiempo de retencioacuten de

2 diacuteas para alcanzar la remocioacuten de As hasta valores bajo la

norma ambiental aplicable

Para tratar mayores caudales de efluentes en los humedales

artificiales se deberiacutean emplear aacutereas maacutes extensas mayor

tiempo de retencioacuten y mayor nuacutemero de plantas por ellos se

podriacutean establecer varios humedales en paralelo

4 CONCLUSIONES

Para la ejecucioacuten del presente estudio se contemplaron los tres

principales distritos mineros de pequentildea mineriacutea del Ecuador

determinando que los cuerpos hiacutedricos de Camilo Ponce

Enriacutequez en promedio superaban 20 veces el liacutemite maacuteximo

permisible de As establecido en la Tabla 2 Criterio de Calidad

Admisible para la preservacioacuten de la vida acuaacutetica y silvestre

en agua dulce marinas y de estuario del Anexo del Texto

Unificado de Legislacioacuten Secundaria del Ministerio del

Ambiente las altas concentraciones de As puede deberse a la

geologiacutea de la zona asiacute como a las ineficientes teacutecnicas de

explotacioacuten y procesamiento del mineral por parte de los

mineros artesanales y pequentildeos mineros

Las plantas que presentan mejores caracteriacutesticas para la

absorcioacuten de As en solucioacuten son el jacinto de agua pasto azul

y helecho acuaacutetico miniatura De estas el pasto azul presentoacute

el 96 de remocioacuten de As con un 473 de mortalidad y 28

de marchitamiento para soluciones con una concentracioacuten de

0154 mgL-1 del metaloide en referencia por lo que se

seleccionoacute esta especie como la maacutes resistente para los

tratamientos de rizofiltracioacuten

El tratamiento de rizofiltracioacuten con pasto azul aplicado a

muestras de agua tanto de cuerpos hiacutedricos como efluentes

liacutequidos de plantas de beneficio de la zona minera de Camilo

Ponce Enriacutequez que presentaban concentraciones de As entre

0120 y 0270 mgL-1 permite obtener maacutes del 90 de

remocioacuten de As llegando a concentraciones inferiores al

liacutemite maacuteximo permisible tanto el establecido por la normativa

ambiental ecuatoriana asiacute como por la Organizacioacuten Mundial

Remocioacuten de Arseacutenico de Efluentes Liacutequidos de Plantas de Beneficio de Oro y Cuerpos Hiacutedricos de la Zona Minera de Ponce Enriacutequez por Rizofiltracioacuten con Pasto Azul (dactylis glomerata)

de la Salud por lo que se puede establecer que el tratamiento

de rizofiltracioacuten es aplicable a muestras reales que contienen

varios metales disueltos con resultados similares a los

alcanzados empleando soluciones sinteacuteticas de un metal en

especiacutefico es decir que los otros metales no inhibieron la

capacidad del pasto azul para absorber As

Las plantas de pasto azul con mayores dimensiones de su

sistema radicular presentan los porcentajes de remocioacuten de As

superiores como se evidencia en las muestras del riacuteo Chico y

Planta de Beneficio 2 de 974 y 96 respectivamente es

decir la remocioacuten del contaminante incrementa con el tamantildeo

de la raiacutez

Las plantas de pasto azul empleadas en el tratamiento de

rizofiltracioacuten presentaron un incremento de longitud de raiacuteces

y hojas de 219 cm en promedio lo que indica que las

concentraciones de As a las que estuvieron expuestas no

inhibieron el desarrollo de las mismas por lo que una vez

finalizado el tratamiento eacutestas pueden ser regeneradas en

contacto con solucioacuten nutritiva

Maacutes del 70 del As contenido en las especies usadas para el

tratamiento de rizofiltracioacuten se acula en el sistema radicular

esto debido tanto a la retencioacuten del metaloide en la pared

celular como a la complejacioacuten de las fitoquelatinas en la

vacuola celular de la planta

El tratamiento de rizofiltracioacuten en un humedal artificial

incrementa su eficiencia debido a la interaccioacuten que existe

entre las raiacuteces y el sustrato lo que permite que al segundo diacutea

se alcance el 95 de remocioacuten de As del efluente liacutequido

industrial llegando a valores inferiores al liacutemite maacuteximo

permisible de 01 mgL-1 establecido por la normativa

ambiental ecuatoriana concentracioacuten a la cual es permitida su

descarga a un cuerpo hiacutedrico

Un humedal artificial de flujo subsuperficial vertical con

plantas enraizadas de un aacuterea superficial de 2526 m2 (410 m

de ancho por 616 m de largo) con un tiempo de retencioacuten de

2 diacuteas puede ser empleado para tratar efluentes liacutequidos

industriales con porcentajes de remocioacuten de As superiores al

95 para una capacidad de 2880 Ldiacutea-1

Una vez finalizado el tratamiento de rizofiltracioacuten las plantas

empleadas para la absorcioacuten de metales deben ser gestionadas

como un desecho peligroso debido a su alta concentracioacuten de

metales por lo que se recomienda que las mismas sean

incineradas previo a su disposicioacuten final ya sean en celdas de

seguridad o reutilizarlas como fuente para recuperar los

metales

5 AGRADECIMIENTO

Los autores muestran su agradecimiento al Departamento de

Metalurgia Extractiva (DEMEX) de la Escuela Politeacutecnica

Nacional por el financiamiento de la presente investigacioacuten

mediante los fondos del proyecto PII-DEMEX-001-2019

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DECLARACIOacuteN DE AUTORIacuteA

ldquoYo Aacutengela Mireya Quishpe Ballagaacuten declaro bajo juramento que el trabajo aquiacute descrito es de mi autoriacutea que no ha sido previamente presentado para ninguacuten grado o calificacioacuten profesional y que he consultado las referencias bibliograacuteficas que se incluyen en este documento Sin perjuicio de los derechos reconocidos en el primer paacuterrafo del artiacuteculo 114 del Coacutedigo Orgaacutenico de la Economiacutea de los Conocimientos Creatividad e Innovacioacuten ndashCOESC- cedo los derechos patrimoniales de este trabajo a la Escuela Politeacutecnica Nacionalrdquo

___________________________ Aacutengela Mireya Quishpe Ballagaacuten

CI 172009870-4

CERTIFICACIOacuteN

Certifico que el presente trabajo fue desarrollado por Aacutengela Mireya Quishpe Ballagaacuten bajo mi supervisioacuten

_______________________________ Ing Alicia Guevara Caiquetaacuten PhD

DIRECTORA DEL PROYECTO

AUSPICIO

La presente investigacioacuten contoacute con el auspicio financiero del proyecto PII-DEMEX-001-2019 que se ejecutoacute en el Departamento de Metalurgia Extractiva de la Facultad de Ingenieriacutea Quiacutemica y Agroindustria

AGRADECIMIENTOS Primero agradezco a Dios por darme la fortaleza durante esta nueva etapa de formacioacuten acadeacutemica por permitirme estar rodeada de personas maravillosas como mi familia y amigos A mi madre por siempre ser mi ejemplo de perseverancia y lucha ante las adversidades a mi padre por estar presente en cada paso que doy a mis hermanas Mayra Pilar y Cristina mi hermano Luis mi cuntildeado Ricardo y a mis sobrinos Byron Juan Santiago Ximena Bruno Nicolaacutes y Leandro quienes han sido un pilar fundamental en mi vida y son la fuerza para seguir adelante Un agradecimiento especial a mi sobrino Byron por ser mi mayor apoyo durante esta etapa por su carintildeo incondicional y por ser el mejor compantildeero de estudio que he tenido y en ocasiones por ser el mejor profesor gracias por tu paciencia A la Ing Alicia Guevara por su guiacutea durante el desarrollo del presente trabajo de investigacioacuten por su amistad durante todos estos antildeos y en especial por ser ese empuje que en ocasiones necesitaba Al Departamento de Metalurgia Extractiva por abrirme nuevamente las puertas a mis profesores Ing Ernesto de la Torre Ing Dianita Endara Ing Edy Pazmintildeo Ing Ximena Diacuteaz y Ely gracias por todos los conocimientos impartidos a Eve y Verito por su ayuda y paciencia en los ensayos A mis compantildeeros de maestriacutea Luchito T Stalin Freddy Luchito G y Cris gracias por su amistad apoyo y risas en los momentos maacutes difiacuteciles A Liz Adri Pao Soraya y Vale quienes me apoyaron durante el desarrollo del proyecto de investigacioacuten sin ustedes no hubiese sido posible llegar a este punto Finalmente agradezco a mis amigos principalmente a Silvi Yady Jenny Vivi Vero Michael Tontildeo Stephy y Any quienes siempre me dieron los mejores aacutenimos para no decaer y sobretodo por ser mi segunda familia

DEDICATORIA

A mi madre Beatriz por su amor incondicional y fortaleza ya que sin ella nada seriacutea posible

Remocioacuten de Arseacutenico de Efluentes Liacutequidos de Plantas de Beneficio de Oro y Cuerpos Hiacutedricos de la Zona Minera de Ponce Enriacutequez por Rizofiltracioacuten con Pasto Azul (dactylis glomerata)

Remocioacuten de Arseacutenico de Efluentes Liacutequidos de Plantas de Beneficio de

Oro y Cuerpos Hiacutedricos de la Zona Minera de Ponce Enriacutequez por

Rizofiltracioacuten con Pasto Azul (dactylis glomerata)

Quishpe Aacutengela(1) Guevara Alicia(2)

Departamento de Metalurgia Extractiva Escuela Politeacutecnica Nacional Ladroacuten de Guevara E11-253 Quito Ecuador

Teleacutefono (5932)2976300 (ext5806) E-Mail (1) angelaquishpeepneduec (2)aliciaguevaraepneduec

Resumen El presente trabajo se evaluoacute la remocioacuten de As de muestras de agua de dos cuerpos hiacutedricos y dos efluentes de

plantas de beneficio de oro de la zona minera de Camilo Ponce Enriacutequez a traveacutes del tratamiento de rizofiltracioacuten con pasto azul

(dactylis glomerata) Esta especie fue previamente seleccionada por su capacidad de remocioacuten de As del 96 en soluciones

sinteacuteticas Para el estudio se partioacute de concentraciones de As de 012 y 027 mgL-1 para muestras de los riacuteos Siete y Chico y

014 y 024 mgL-1 para efluentes de dos plantas de beneficio respectivamente Despueacutes del cuarto diacutea de tratamiento por

rizofiltracioacuten la concentracioacuten de As ya presentaba valores bajo el liacutemite maacuteximo permisible establecido en la normativa

ambiental ecuatoriana (005 y 01 mgL-1) que corresponden al 80 de remocioacuten Asiacute mismo se determinoacute que maacutes del 70 del

As contenido en las especies se acumula en la raiacutez esto debido a la retencioacuten del metaloide en la pared celular como por la

complejacioacuten de las fitoquelatinas en la vacuola celular de la planta A partir de los resultados obtenidos a escala laboratorio se

realiza una prueba piloto en un humedal artificial con 5 L de muestras de efluente logrando una remocioacuten del 98 de As al

segundo diacutea de tratamiento la eficiencia del proceso se incrementoacute debido a la interaccioacuten del sistema radicular del pasto azul

con el sustrato del humedal

Palabras clave Arseacutenico rizofiltracioacuten cuerpos hiacutedricos efluentes liacutequidos remocioacuten

Abstract The present study evaluated the removal of As from water samples from two rivers and two effluents from gold

processing plants in the mining area of Camilo Ponce Enriquez through the treatment of rizofiltration with blue grass (dactylis

glomerata) This species was previously selected for its 96 As removal capacity in synthetic solutions For the study

concentrations of As of 012 and 027 mgL-1 were used for samples of the Siete and Chico rivers and 014 and 024 mgL-1 for

effluents of two gold processing plants respectively After the fourth day of treatment by rizofiltration the concentration of As

already had values below the maximum permissible limit established in the Ecuadorian environmental regulations (005 and 01

mgL-1) that correspond to 80 removal Likewise it was determined that more than 70 of the As contained in the species

accumulates in the root this due to the retention of the metalloid in wall cell as well as the complexation of the phytochelatins

in the cellular vacuole of the plant From the results obtained at the laboratory scale a pilot test is carried out in an artificial

wetland with 5 L of effluent samples achieving a 98 removal of As on the second day of treatment the efficiency of the

process was increased due to the interaction of the root of the blue grass with the wetland substrate

Keywords Arsenic rhizofiltration rivers liquid effluents removal

1 INTRODUCCIOacuteN

En Ecuador tanto la extraccioacuten como el procesamiento de oro

se han desarrollado principalmente a escala artesanal y de

pequentildea mineriacutea ambos caracterizados por un escaso nivel de

tecnificacioacuten y la insuficiente participacioacuten de personal

capacitado Esta situacioacuten ha provocado entre otros

problemas la inadecuada gestioacuten de los recursos naturales el

incremento de riesgos geoloacutegicos la deficiencia de sistemas

de seguridad y salud ocupacional ademaacutes de la contaminacioacuten

del agua suelo y aire (Cumbal et al 2014)

Esta problemaacutetica se hace maacutes evidente en las provincias de

Azuay El Oro y Zamora Chinchipe especiacuteficamente en los

distritos mineros de Nambija Portovelo-Zaruma y Camilo

Ponce Enriacutequez (Ministerio de Mineriacutea 2016) En estas zonas

los minerales auriacuteferos que contienen cantidades importantes

(gt 15) de sulfuros como pirita pirrotina arsenopirita y

calcopirita (De la Torre y Diacuteaz 2000) se procesan en molinos

chilenos (trapiches) se concentran gravimeacutetricamente y el oro

grueso presente se recupera por amalgamacioacuten con mercurio

esto a pesar de la prohibicioacuten establecida en la Reforma de la

Ley de Mineriacutea del antildeo 2013 El oro fino del material residual

se recupera por cianuracioacuten y este proceso genera grandes

voluacutemenes de efluentes que contienen concentraciones

elevadas de metales como As Cu y Hg

Los efluentes generados en estos procesos metaluacutergicos son

considerados desechos peligrosos sin embargo en muchos

casos debido a una inadecuada gestioacuten ambiental y ubicacioacuten

geograacutefica estos son depositados cerca de pendientes y riacuteos

(Appleton et al 2001) Las descargas al ambiente sin ninguacuten

tratamiento previo de efluentes que contienen metales pesados

disueltos y otras sustancias quiacutemicas ha generado que la mayor

Remocioacuten de Arseacutenico de Efluentes Liacutequidos de Plantas de Beneficio de Oro y Cuerpos Hiacutedricos de la Zona Minera de Ponce Enriacutequez por Rizofiltracioacuten con Pasto Azul (dactylis glomerata)

afectacioacuten ambiental se concentre en los cuerpos hiacutedricos de

las aacutereas cercanas a la explotacioacuten minera (Jimeacutenez et al

2016 Tarras et al 2001 Cumbal et al 2014) Esta situacioacuten

representa un riesgo potencial para el ambiente los habitantes

de estas zonas asiacute como a la agricultura y acuacultura

(PRODEMINCA 1998)

En este contexto los metales pesados presentes tanto en los

efluentes liacutequidos como en los relaves generados en los

procesos de extraccioacuten auriacutefera constituyen un riesgo latente

debido a su peligrosidad ya que al no ser ni quiacutemica ni

bioloacutegicamente degradables pueden permanecer cientos de

antildeos en el ambiente y provocar la degradacioacuten de los cuerpos

hiacutedricos (Tarras et al 2001)

La preocupacioacuten que ha generado este tema ha llevado a que

se realice monitoreos de la calidad de agua de los tres

principales distritos mineros del Ecuador realizados por

PRODEMINCA (1998) Appleton et al (2001) asiacute como

INIGEMM (2014) En estos estudios se determinoacute que la

concentracioacuten de As en los riacuteos de la zona de Camilo Ponce

Enriacutequez es superior a la de los ubicados en Zaruma Portovelo

y Nambija conforme se detalla en la Tabla 1

Se ha determinado que los cuerpos hiacutedricos del distrito minero

de Camilo Ponce Enriacutequez presentan valores promedio de As

20 veces superiores a los liacutemites maacuteximos permisibles

establecidos por la normativa ambiental para la preservacioacuten

de la vida acuaacutetica y silvestre en agua dulce (005 mg L-1) y

64 veces maacutes que la concentracioacuten miacutenima recomendada por

la Organizacioacuten Mundial de la Salud (10 ug L-1)

Tabla 1 Resultados del monitoreo de la concentracioacuten de As en los cuerpos hiacutedricos de los 3 principales distritos mineros

Distrito minero Zona de muestreo As (mgL-1)

Camilo Ponce

Enriacutequez

Riacuteo Chico-Riacuteo Gala(3) 282

Quebrada Jaboacuten(2) 0893

Riacuteo Siete(3) 0785

Riacuteo Chico(2) 0051

Riacuteo Siete (valor maacuteximo)(1) 047

Quebrada Cantildea Quemada(3) 0044

Riacuteo Guanache(2) 0036

Ex Camp Militar Saraguro(2)

0027

Riacuteo Tenguel(2) 0003

Zaruma -

Portovelo

Riacuteo Calera(3) 1983

Riacuteo Calera AJ Amarillo(2) 052

Riacuteo Amarillo AJ Pindo(2) 0343

Riacuteo Amarillo(2) 0302

Riacuteo Pindo(3) 0051

Riacuteo Amarillo(3) 0001

Riacuteo Calera y Amarillo(1) ND

Nambija

Quebrada Calixto(3) 0026 Quebrada Nambija(2) 0016

Quebrada Cambana(3) 0009

Quebrada Calixto(2) 0003 Riacuteo Nambija(3) 0003

Las Orquiacutedeas(2) 0002

Riacuteo Nambija(1) ND Quebrada Campanas(2) ND

Quebrada Cumay(2) ND

Liacutemite maacuteximo permisible As (mg L-1)(4) 005

Fuente (1) (Appleton et al 2001) (2) (INIGEMM 2014) (3) (PRODEMINCA 1998) (4) Liacutemite Maacuteximo Permisible Anexo 1 Tabla 2

Criterio de Calidad Admisible para la preservacioacuten de la vida acuaacutetica y silvestre en agua dulce marinas y de estuario TULSMA 2015 ND no se

ha determinado valor

Por este motivo es de vital importancia que los efluentes

liacutequidos generados en las plantas de beneficio antes de su

descarga a los cuerpos hiacutedricos cuenten con un tratamiento

previo ya que la exposicioacuten prolongada a eacuteste metaloide

puede causar alteraciones en el sistema nervioso y circulatorio

asiacute como en la piel pudiendo llegar a provocar

hidroarsenicismo croacutenico regional endeacutemico (HACRE)

enfermedad que se atribuye al consumo de agua con alto

contenido de As durante un largo tiempo e incluso provocar

caacutencer de piel pulmoacuten vejiga entre otros (Minaverry amp

Caacuteceres 2016 Salido et al 2003 OMS 2018 Vithanage et

al 2017)

Actualmente existen varios estudios sobre la aplicacioacuten de

teacutecnicas de remediacioacuten para la remocioacuten de As en agua entre

las cuales se consideran procesos fiacutesicos quiacutemicos como son

adsorcioacuten intercambio de iones precipitacioacutenndashcoagulacioacuten

filtracioacuten de membrana tambieacuten se contemplan procesos

bioloacutegicos como tratamientos con microorganismos o bio

filtracioacuten asiacute como la fitorremediacioacuten (Jang et al 2005

Boglione R et al 2019 Mondal et al 2006 McCutcheon amp

Joslashrgensen 2008)

La fitorremediacioacuten es una alternativa sustentable y de bajo

costo para la rehabilitacioacuten de ambientes afectados por

contaminantes naturales y antropogeacutenicos y es especialmente

uacutetil para el tratamiento de metales pesados (Delgadillo et al

2011 Gonzales 2014 Covarrubias amp Pentildea 2016 Tiwari

2019) ya que aprovecha la capacidad de especies vegetales

para extraer acumular inmovilizar y transformar los

contaminantes del agua (Rahman amp Hasegawa 2011) Las

plantas empleadas son capaces de retener altas

concentraciones de metales toacutexicos en sus raiacuteces brotes y

hojas (Tangahu et al 2011) por lo que se las ha definido

como un sistema de bombeo y filtracioacuten impulsado por energiacutea

solar que actuacutean como acumuladores que sobreviven a pesar

de concentrar contaminantes en sus tejidos eacutestos los

biodegradan o bio-transforman en formas inertes

(Cunningham et al 1993)

Existen especies vegetales que son maacutes eficaces para absorber

diferentes tipos de metales como el Pb Zn Cu Co Cr As y

varios radionucleiacutedos Los cambios maacutes importantes que se

aprecian en las plantas empleadas en estos tratamientos son

morfoloacutegicos y de deficiencia de crecimiento eacutestos dependen

del tipo de especie utilizada en el tratamiento (Raskin et al

1997 Yadav et al 2011 Ali et al 2013)

Las teacutecnicas de fitorremediacioacuten tienen varias ventajas ya que

las plantas pueden prosperar en ambientes altamente toacutexicos

debido a que requieren poco cuidado ademaacutes de generar gran

cantidad de biomasa rica en metales que una vez finalizado el

tratamiento pueden reciclarse pero tambieacuten se enfrentan a

desafiacuteos como la baja reproduccioacuten de las especies en medios

menos controlados y la concentracioacuten excesiva de metales

pesados que limita la remocioacuten de los mismos (McIntyre T

2003 Ali et al 2013)

Una de las teacutecnicas de fitorremediacioacuten maacutes aplicada en medio

acuaacutetico es la rizofiltracioacuten donde las raiacuteces absorben

concentran y precipitan los metales pesados presentes en aguas

Remocioacuten de Arseacutenico de Efluentes Liacutequidos de Plantas de Beneficio de Oro y Cuerpos Hiacutedricos de la Zona Minera de Ponce Enriacutequez por Rizofiltracioacuten con Pasto Azul (dactylis glomerata)

residuales este proceso incluye el transporte de contaminantes

metaacutelicos hacia la superficie de la raiacutez absorbente asiacute como la

absorcioacuten del metal a traveacutes de las membranas de las ceacutelulas

de la raiacutez hacia la biomasa siendo importante las interacciones

entre planta-agua a fin de controlar la recuperacioacuten de

contaminantes especiacuteficos de los cuerpos hiacutedricos

(Dushenkov et al 1995 Yadav et al 2011 Verma et al

2006)

Las plantas maacutes efectivas para este tipo de fitoremediacioacuten

son las especies terrestres que crecen en medios hidropoacutenicos

cuyas raiacuteces deben ser de raacutepido crecimiento con la capacidad

de eliminar metales toacutexicos durante largos periacuteodos de tiempo

de exposicioacuten (Raskyn et al 1997 Khilji amp Bareen 2008)

La rizofiltracioacuten presenta varias ventajas como depurar varios

metales tratar grandes voluacutemenes de efluentes menor

necesidad de productos quiacutemicos toacutexicos reduccioacuten del

volumen de residuos secundarios reciclaje y efectividad en el

cumplimiento de la normativa ambiental (Raskyn et al 1997

Dushenkov et al 1995 Padmavathiamma et al 2007 Yadav

et al 2011)

Ejemplos exitosos del uso de esta teacutecnica son los humedales

artificiales camas de cantildea y sistemas de planta flotante para el

tratamiento de algunos tipos de aguas residuales en este caso

los metales se acumulan mayoritariamente en las raiacuteces de las

plantas empleadas Trabajos realizados por Lintildeaacuten (2016)

Flores (2017) y Barreto (2019) lograron obtener valores de

remocioacuten de As en soluciones sinteacuteticas de 22 50 98

96 empleando especies como la Quinuilla (Chenopodium

aacutelbum) cebolla Allium cepa Jacinto de agua (Eichhornia

crassipes) Pasto Azul (Dactylis glomerata) respectivamente

Hasta ahora en el Ecuador no se evidencia la aplicacioacuten de

sistemas de remediacioacuten de aguas contaminadas por As en

zonas mineras La presente investigacioacuten tiene como objetivo

principal evaluar la capacidad de remocioacuten de este metal de

efluentes liacutequidos de plantas de beneficio y de cuerpos hiacutedricos

ubicados en el distrito Minero de Camilo Ponce Enriacutequez

En este trabajo se emplearaacute la rizofiltracioacuten con pasto azul

(Dactylis glomerata) para absorber acumular estabilizar o

reducir el As presente en efluentes liacutequidos de dos plantas de

beneficio y dos cuerpos hiacutedricos del distrito minero en

referencia El tratamiento se aplicaraacute hasta alcanzar niveles de

As inferiores a los liacutemites maacuteximos permisibles establecidos

en la normativa ambiental ecuatoriana tanto a escala

laboratorio como piloto A partir de los resultados obtenidos

se espera motivar la aplicacioacuten del proceso por parte de las

empresas mineras de la zona como un tratamiento no

convencional que mejorariacutea la gestioacuten ambiental de sus

actividades

2 METODOLOGIacuteA

21 Caracterizacioacuten de las muestras de estudio

211 Seleccioacuten de la zona de estudio

Con base en la informacioacuten existente sobre los monitoreos de

calidad de agua de los riacuteos en los principales distritos mineros

del sur de Ecuador realizadas por PRODEMINCA (1998)

Appleton et al (2001) asiacute como por el INIGEMM (2014) se

seleccionoacute como aacuterea de estudio el distrito de Camilo Ponce

Enriacutequez

En esta zona se identificaron dos cuerpos hiacutedricos (riacuteo Siete y

riacuteo Chico) que presentaban concentraciones elevadas de As

que son superiores a 005 mg L-1 liacutemite maacuteximo permisible

establecido en la normativa ambiental ecuatoriana Anexo 1

Tabla 2 (Ministerio del Ambiente 2015)

Ademaacutes se identificaron dos plantas de beneficio ubicadas en

la zona de influencia de los cuerpos hiacutedricos seleccionados

cuyos efluentes liacutequidos presentaron concentraciones de As

superiores a 01 mgL-1 que corresponde al liacutemite maacuteximo

permisible establecido en el Anexo 1 Tabla 9 (Ministerio del

Ambiente 2015)

212 Toma de muestras de efluentes liacutequidos y cuerpos

hiacutedricos del distrito minero Camilo Ponce Enriacutequez

Con la identificacioacuten de los cuerpos hiacutedricos y plantas de

beneficio ubicados en el distrito minero de Camilo Ponce

Enriacutequez se procedioacute con un muestreo puntual para lo cual se

empleoacute el meacutetodo establecido en la Norma Teacutecnica INEN

2176 (Instituto Ecuatoriano de Normalizacioacuten 2013)

Las muestras fueron transportadas en un cajoacuten refrigerado por

viacutea terrestre al laboratorio del Departamento de Metalurgia

Extractiva (DEMEX) donde se realizaron los respectivos

anaacutelisis para la caracterizacioacuten fiacutesico ndash quiacutemica a fin de

determinar las condiciones iniciales previo a la aplicacioacuten del

proceso de rizofiltracioacuten como alternativa de depuracioacuten

213 Caracterizacioacuten de las muestras bajo estudio

La caracterizacioacuten quiacutemica de las muestras se realiza

empleando un equipo de absorcioacuten atoacutemica (AAnalyst 300

PERKIN ELMER) y un ICP-OES (PERKIN ELMER Optima

8000) para determinar la concentracioacuten inicial de Cu Cd Pb

Fe Zn Hg y principalmente As Ademaacutes se midioacute el pH de

las muestras y los soacutelidos suspendidos presentes

Se consideraron estos paraacutemetros ya que los mismos cuentan

con liacutemites maacuteximos permisibles establecidos en la normativa

ambiental vigente y que tienen incidencia en los criterios de

calidad para tratamiento de aguas afectadas por actividades

mineras (Quishpe 2010)

22 Desarrollo de cultivos hidropoacutenicos de plantas para

rizofiltracioacuten

221 Seleccioacuten de especie con mayor capacidad de

absorcioacuten de As en medio acuoso

Para la seleccioacuten de la especie con mayor porcentaje de

absorcioacuten de As se realizaron ensayos con plantas de jacinto

de agua (eichhornia crassipes) pasto azul (poa pratensis) y

helecho acuaacutetico miniatura (azolla) las cuales se desarrollaron

en cultivos hidropoacutenicos (Barreto 2019)

Remocioacuten de Arseacutenico de Efluentes Liacutequidos de Plantas de Beneficio de Oro y Cuerpos Hiacutedricos de la Zona Minera de Ponce Enriacutequez por Rizofiltracioacuten con Pasto Azul (dactylis glomerata)

Las especies seleccionadas fueron separadas en tres grupos de

10 plantas y cada una de ellas se colocoacute en contacto con

400 mL de soluciones sinteacuteticas de As de 0154 mgL-1

0375 mgL-1 y 0847 mgL-1 durante 15 diacuteas Durante este

periodo se llevoacute un registro del pH de las soluciones asiacute como

del marchitamiento mortalidad y coloracioacuten de las plantas

Los diacuteas 1 2 3 6 7 8 9 y 15 del ensayo se tomaron aliacutecuotas

de 10 mL para el anaacutelisis de la concentracioacuten de As en el ICP-

OES Se determinoacute el porcentaje de absorcioacuten del metal

pesado por las plantas con base en la diferencia entre la

concentracioacuten inicial y final de este metaloide en solucioacuten

ademaacutes se consideroacute la peacuterdida de volumen de muestra debido

a la evaporacioacuten y absorcioacuten propia de las plantas

En funcioacuten de los resultados obtenidos se seleccionoacute la especie

que presentoacute el mayor porcentaje de absorcioacuten de As en

soluciones sinteacuteticas para su posterior aplicacioacuten en ensayos

de depuracioacuten de aguas de riacuteo y efluentes de la zona de Camilo

Ponce Enriacutequez

222 Desarrollo de cultivos hidropoacutenicos de pasto azul

(dactylis glomerata)

Se implementaron semilleros hidropoacutenicos empleando como

sustrato espuma de poliuretano en cubos de 25 cm por arista

Cada cubo se humedecioacute con agua destilada previo a colocar

3 a 4 semillas de pasto azul (dactylis glomerata) con el fin de

facilitar la germinacioacuten (Quishpe 2010)

Los cubos con las semillas se colocaron en recipientes

(semilleros) que se cubrieron con agua destilada y se dejaron

reposar por 24 horas para que el sustrato capte toda la

humedad necesaria para favorecer la germinacioacuten

Transcurrido ese periodo se evacuoacute el exceso de agua para que

prosiga el proceso Durante esta etapa se realizoacute una

depuracioacuten de las plaacutentulas que no germinaron

Las primeras plaacutentulas germinadas fueron trasladadas a

bandejas con solucioacuten nutritiva que provee los nutrientes

necesarios para su adecuado desarrollo (INTAGRI 2017)

Esta solucioacuten fue elaborada a partir de macronutrientes como

fosfato di aacutecido de potasio (KH2PO4) nitrato de potasio

(KNO3) nitrato de calcio tetra hidratado [Ca(NO3)24H2O]

sulfato de magnesio hepta hidratado (MgSO47H2O) y

micronutrientes como EDTA de hierro (Fe) sulfato

manganoso hidratado (MnSO4 H2O) aacutecido boacuterico (H3BO3)

sulfato cuacuteprico penta hidratado (CuSO45H2O) molibdato de

amonio tetra hidratado [(NH4)6Mo7O24H2O] sulfato de zinc

hepta hidratado (ZnSO47H2O) cuya composicioacuten se presenta

en la Ficha Teacutecnica III Las plaacutentulas permanecen en las

bandejas hasta alcanzar una longitud de 10 a 12 cm

Las plantas ya desarrolladas fueron trasladas a un sistema

hidropoacutenico vertical NFT (Nutrient Film Technique) que estaacute

compuesto de a) Canales para cultivo hidropoacutenico (tubos PVC

de 3 m de largo y 01 m de diaacutemetro) b) Estructura de madera

(1 m de base 24 de largo y 21 de alto) y c) Sistema de

bombeo y alimentacioacuten (red de distribucioacuten bomba y tanque

de alimentacioacuten) conforme a la Figura 1 Ademaacutes en los

canales para el cultivo hidropoacutenico las plantas se colocaron

con una separacioacuten de 5 cm entre cada una de ellas

Figura 1 Esquema sistema hidropoacutenico vertical NFT

(Nutrient Film Technique)

Durante el proceso de crecimiento de las plantas de pasto azul

se controloacute su longitud la presencia de plagas y la mortalidad

de las mismas Las plantas permanecieron de 4 a 5 meses

dentro de este sistema hasta que presentaron longitudes

promedio de 60 cm en hojas y 12 cm en raiacutez previo a ser

empleadas en el tratamiento de rizofiltracioacuten de las muestras

de efluentes y cuerpos hiacutedricos (Barreto 2019)

23 Remocioacuten de As de efluentes liacutequidos de plantas de

beneficio y cuerpos hiacutedricos por rizofiltracioacuten con pasto

azul a escala laboratorio

Las muestras de efluentes liacutequidos de dos plantas de beneficio

y dos cuerpos hiacutedricos del distrito minero de Camilo Ponce

Enriacutequez que presentaron concentraciones de As superiores a

los liacutemites maacuteximos permisibles establecidos en la normativa

ambiental se trataron por rizofiltracioacuten con pasto azul

desarrollado por medios hidropoacutenicos (4 y 5 meses)

Para la depuracioacuten de los efluentes y el agua de los cuerpos

hiacutedricos a escala laboratorio se emplearon en cada caso

5000 mL de muestra que se colocaron en contacto con plantas

de pasto azul de 4 meses de crecimiento a las cuales se les

midioacute previamente la longitud de la raiacutez y las hojas conforme

a la Figura 2

Durante el tratamiento con una periodicidad de 48 horas se

tomaron aliacutecuotas de 30 mL de muestras de efluentes y aguas

para determinar la concentracioacuten de As remanente en las

soluciones empleando ICP-OES

El proceso de depuracioacuten de As por rizofiltracioacuten para los

efluentes de las plantas de beneficio de oro finalizoacute una vez

que la solucioacuten residual alcanzoacute concentraciones menores a

01 mgL-1 y 005 mg L-1 para las aguas de los cuerpos

hiacutedricos En ambos casos los porcentajes de remocioacuten del

metaloide fueron superiores al 90

Se realizoacute otro ensayo de rizofiltracioacuten para ello se incrementoacute

el tiempo de crecimiento de las especies de pasto azul de 4 a 5

meses a fin de determinar coacutemo variacutea este paraacutemetro en la

absorcioacuten de As y se procedioacute con el tratamiento antes

detallado Para este tratamiento se redujo el nuacutemero de plantas

a 10 especies y se empleoacute 3000 mL de muestra de agua para

cuerpos hiacutedricos y 5000 mL para efluentes liacutequidos de plantas

de beneficio

Remocioacuten de Arseacutenico de Efluentes Liacutequidos de Plantas de Beneficio de Oro y Cuerpos Hiacutedricos de la Zona Minera de Ponce Enriacutequez por Rizofiltracioacuten con Pasto Azul (dactylis glomerata)

Figura 2 Tratamiento de rizofiltracioacuten con pasto azul (dactylis glomerata)

Durante todos los ensayos a escala laboratorio se determinaron

porcentajes de mortalidad marchitamiento y tamantildeo de hojas

con el fin de establecer el grado de afectacioacuten de la absorcioacuten

de As en el desarrollo de la planta y su eficiencia en el

tratamiento

Una vez finalizados los diferentes tratamientos por

rizofiltracioacuten con pasto azul se determinoacute la concentracioacuten de

As presente en las hojas y la raiacutez de las plantas empleadas

durante el proceso Con este fin las plantas se secaron a

temperatura ambiente por dos semanas y se llevaron

separadamente a disgregacioacuten con aacutecido niacutetrico (65) Las

soluciones obtenidas se llevaron a anaacutelisis de la concentracioacuten

de As en ICP-OES Esto con el fin de determinar en queacute

seccioacuten de la planta se alojaba la mayor cantidad del metaloide

Con todos los datos obtenidos se realizoacute un anaacutelisis estadiacutestico

del comportamiento de cada ensayo para ello se aplicaraacute el

meacutetodo de varianza global (ADEVA o ANOVA)

24 Remocioacuten de As de efluentes liacutequidos de plantas de

beneficio por rizofiltracioacuten con pasto azul a escala piloto

Para la aplicacioacuten del tratamiento de depuracioacuten por

rizofiltracioacuten a escala piloto se instaloacute un sistema de

humedales artificiales de 20 L por diacutea de capacidad El

esquema de la instalacioacuten piloto se ilustra en la Figura 3 y fue

desarrollado de acuerdo a lo sugerido por Guanoluisa (2012)

El sistema estuvo compuesto por una estructura metaacutelica de

acero al carbono recubierto con pintura anticorrosiva con una

pendiente de 007 m que conteniacutea 2 recipientes tipo caja de

polipropileno comercial con sustrato inerte (34 cm de altura)

Dicho sustrato tuvo una primera capa de 9 cm de grava (2 a

4 cm) seguido de 9 cm de grava (lt 2 cm) y finalmente 16 cm

de una mezcla de grava y piedra poacutemez (lt 2 cm)

El sustrato fue lavado y desinfectado previamente con una

solucioacuten de cloro y se dejoacute secar al ambiente durante 1 diacutea En

eacuteste se colocaron 15 plantas de pasto azul de 6 meses de

crecimiento hidropoacutenico Se registroacute la longitud de la raiacutez y

hojas se adicionoacute solucioacuten nutritiva la misma que fue

recirculada por 5 diacuteas En este periodo de tiempo las plantas se

acondicionaron para tratamiento posterior

Figura 3 Esquema de humedales artificiales con pasto azul

(Modificado de Guanoluisa 2012)

Para la depuracioacuten por rizofiltracioacuten se emplearon 5 L de

efluentes liacutequidos de planta de beneficio de oro La

caracterizacioacuten de cada muestra se realizoacute conforme al

numeral 213 La muestra se colocoacute en el tanque de

alimentacioacuten desde el cual se bombeoacute hacia el humedal

superior (humedal 1) una vez terminado el bombeo se dejoacute en

contacto con las plantas durante 24 horas posterior a ello se

descargoacute la solucioacuten al segundo humedal (humedal 2) en el

cual se tuvo un tiempo de retencioacuten de 24 horas

Al finalizar el tiempo de tratamiento de cada efluente se

tomaron muestras de 30 mL de las soluciones de salida del

humedal 2 para el respectivo anaacutelisis del contenido de As

residual por medio del equipo ICP-OES Con los resultados

obtenidos se estableceraacute el porcentaje de absorcioacuten del

metaloide y la eficiencia de depuracioacuten del proceso

3 RESULTADOS Y DISCUSIOacuteN

Con base en los resultados del monitoreo de cuerpos hiacutedricos

realizado en los tres distritos mineros del sur del Ecuador se

seleccionoacute como zona de estudio el distrito de Camilo Ponce

Enriacutequez ya que presentaba las mayores concentraciones de

As seguacuten los estudios mencionados en la Seccioacuten 211

Con estos antecedentes se identificaron a los riacuteos Siete y Chico

como los cuerpos hiacutedricos a emplear en el presente trabajo

pues ambos superaban en promedio 20 veces el liacutemite maacuteximo

permisible establecido en la Tabla 2 del Anexo del Texto

Unificado de Legislacioacuten Secundaria del Ministerio del

Ambiente conforme se presenta en la Tabla 2

Tabla 2 Resultados de monitoreo de calidad de agua en cuerpos hiacutedricos del

Distrito Minero de Camilo Ponce Enriacutequez

Cuerpo Hiacutedrico

Concentracioacuten de As (mgL-1)

PRODEMINCA

1998

INIGEMM

2014

Appleton et al

2001

Riacuteo Siete 0785 0893 047

Riacuteo Chico 282 0051 ---

LMP(1) 005

(1) Liacutemite Maacuteximo Permisible Anexo 1 Tabla 2 Criterio de Calidad

Admisible para la preservacioacuten de la vida acuaacutetica y silvestre en agua dulce marinas y de estuario TULSMA

Remocioacuten de Arseacutenico de Efluentes Liacutequidos de Plantas de Beneficio de Oro y Cuerpos Hiacutedricos de la Zona Minera de Ponce Enriacutequez por Rizofiltracioacuten con Pasto Azul (dactylis glomerata)

Adicionalmente para la seleccioacuten de la zona de estudio se

consideroacute la informacioacuten del Catastro Minero (ARCOM

2019) se determinoacute que en el distrito Camilo Ponce Enriacutequez

se ubican 25 concesiones mineras y 38 plantas de beneficio de

las cuales maacutes del 95 no estaacuten regularizados ambientalmente

para la ejecucioacuten de sus labores mineras por lo que estas no

cuentan con las medidas ambientales necesarias para cumplir

con los requerimientos establecidos por la Maacutexima Autoridad

Ambiental en la gestioacuten de sus descargas Esta situacioacuten

afecta a la calidad de los cuerpos hiacutedricos que se ubican cerca

de estas actividades los mismos que aguas abajo son utilizados

para consumo humano y riego

Por esta razoacuten se identificaron dos plantas de beneficio

ubicadas en la zona de influencia de los cuerpos hiacutedricos

seleccionados cuyos efluentes liacutequidos presentaron

concentraciones de As superiores a 01 mgL-1 que

corresponde al liacutemite maacuteximo permisible establecido en el

Anexo 1 Tabla 9 (Ministerio del Ambiente 2015)

31 Georreferenciacioacuten de las muestras empleadas

Una vez seleccionados los dos riacuteos y las dos plantas de

beneficio se georreferenciaron los puntos objeto de estudio

para lo que se tomaron las coordenadas de cada uno de ellos

en el sistema WGS 84 ndash 17 Sur que se detalla en la Tabla 3

Se debe sentildealar que existe una distancia aproximada de 6 Km

en liacutenea recta desde el punto de muestreo del cuerpo hiacutedrico y

la planta de beneficio que se ubica sobre el mismo es decir

que el efluente liacutequido con el que se trabajaraacute contribuye con

carga contaminante al cuerpo hiacutedrico de estudio por lo que es

importante la aplicacioacuten de sistemas de tratamiento previo a su

descarga

32 Caracterizacioacuten de las muestras de cuerpos hiacutedricos y

efluentes de plantas de beneficio de oro

Una vez identificados los puntos de estudio se procedioacute con

un muestreo puntual de agua en cada uno de ellos para lo cual

se siguioacute los lineamientos de la Norma Teacutecnica INEN 2176

(Seccioacuten 212) Las muestras fueron caracterizadas a fin de

determinar la concentracioacuten inicial de metales como Cu Cd

Pb Fe Zn Hg y As ademaacutes se midioacute el pH factor importante

al momento de la remocioacuten del metal pesado de intereacutes

durante el proceso de rizofiltracioacuten los resultados se presentan

en la Tabla 4

Las muestras de agua superficial tomadas en los dos cuerpos

hiacutedricos y las dos muestras de efluentes liacutequidos de plantas de

beneficio presentan valores de As sobre los liacutemites maacuteximos

permisibles establecidos en la normativa ambiental

ecuatoriana manteniendo concordancia con los datos

presentados en la Tabla 2 del presente documento

Tabla 3 Coordenadas de los cuatro puntos de muestreo

Muestra Nomenclatura Coordenadas WGS 84-17S

Norte Este

Riacuteo Siete RS 636474 9661446 Riacuteo Chico CH 644996 9668296

Planta de beneficio 1 PB1 642260 9657706

Planta de beneficio 2 PB2 651264 9665731

Tabla 4 Caracterizacioacuten de muestras de cuerpos hiacutedricos y plantas de

beneficio

Paraacutemetro

analizadoss

Muestra

Riacuteo

Siete(1)

Riacuteo

Chico(1)

Planta de

Beneficio 1(2)

Planta de

Beneficio 2(2)

pH 780 835 787 840

Metales

(mgL-1)

As 012 027 014 024

Cu 001 001 028 533 Fe 002 lt001 009 010

Pb 008 002 003 001

Zn 001 lt001 002 002 Cd lt001 lt001 001 lt001

Hg 00002 00003 00004 00001

(1) Liacutemite Maacuteximo Permisible Anexo 1 Tabla 2 TULSMA (2) Liacutemite Maacuteximo Permisible Anexo 1 Tabla 9 TULSMA

La concentracioacuten de As del riacuteo Chico supera 5 veces al liacutemite

maacuteximo permisible establecido por la Autoridad Ambiental

Nacional siendo eacuteste el valor maacutes alto de las 4 muestras

analizadas Esto puede deberse a que en su parte superior

recibe una considerable aporte de la contaminacioacuten de las

actividades mineras de la zona de San Gerardo conforme a lo

sentildealado por PRODEMINCA (1998) donde se destaca que en

las descargas de efluentes el principal elemento presente es el

As un ejemplo de ello es la planta de beneficio 2 cuya

concentracioacuten de As es 024 mgL-1 que representa maacutes del

doble del liacutemite permisible que corresponde a 01 mg L-1

afectando la capacidad de autodepuracioacuten del cuerpo hiacutedrico

esta actividad se desarrolla a 6 Km del punto de toma de

muestra del riacuteo en referencia

33 Seleccioacuten de especie con mayor capacidad de absorcioacuten

de As en medio acuoso

Para la seleccioacuten de la especie maacutes adecuada para la remocioacuten

de As a traveacutes de rizofiltracioacuten se partioacute de los resultados

previos obtenidos por Barreto (2019) en los cuales se

consideraron 16 especies iniciales entre terrestres y acuaacuteticas

las mismas que fueron puestas por 48 horas en contacto con

una solucioacuten sinteacutetica de 45 mgL-1 de As a fin de determinar

la que presentaba mayor remocioacuten de eacuteste metaloide

En funcioacuten de los resultados obtenidos por Barreto (2019) se

seleccionaron tres especies dos acuaacuteticas (jacinto de agua y

helecho acuaacutetico miniatura) y una terrestre (pasto azul) que

fueron desarrollados por medios hidropoacutenicos y puestas en

contacto con soluciones sinteacuteticas de As de concentraciones de

0154 mgL-1 0375 mgL-1 y 0847 mgL-1 por 15 diacuteas

obteniendo los siguientes resultados

Se determinoacute que el jacinto de agua remueve el mayor

porcentaje de As de soluciones sinteacuteticas obteniendo un valor

maacuteximo de 98 al estar en contacto con una solucioacuten sinteacutetica

de 0154 mgL-1 de As sin embargo su tasa de mortalidad y

marchitamiento fue 76 y 78 respectivamente en cambio el

pasto azul para la misma concentracioacuten de As removioacute el 96

del metaloide con una mortalidad del 437 y 28 de

marchitamiento por lo que esta especie tuvo la mejor

adaptabilidad ya que no se vio afectado su desarrollo Esto

concuerda con los sentildealado por Raskyn et al (1997) respecto

a que las especies terrestres desarrolladas en medios

hidropoacutenicos son maacutes aptas para la remocioacuten de metales

pesados presentes en solucioacuten

Remocioacuten de Arseacutenico de Efluentes Liacutequidos de Plantas de Beneficio de Oro y Cuerpos Hiacutedricos de la Zona Minera de Ponce Enriacutequez por Rizofiltracioacuten con Pasto Azul (dactylis glomerata)

Tabla 5 Evaluacioacuten de remocioacuten de As de soluciones sinteacuteticas

Especie Remocioacuten As () Mortalidad

()

Marchita

() T-1(1) T-2(2) T-3(3

Jacinto agua 980 580 640 760 780

Pasto azul 960 570 700 473 280 Helecho 840 440 430 100 100

(1) T-1 Solucioacuten sinteacutetica 0154 mgL-1

(2) T-2 Solucioacuten sinteacutetica 0375 mgL-1 (3) T-3 Solucioacuten sinteacutetica 0847 mgL-1

Dushenkov et al (1995) sentildeala que las raiacuteces de las plantas

terrestres tienen una capacidad intriacutenseca para absorber y

precipitar metales pesados de soluciones y que los pastos

tienen la propiedad de regenerar su raiacutez siendo esto

beneficioso para emplearlos en procesos de rizofiltracioacuten Bajo

estos criterios se seleccionoacute a la especie de pasto azul como la

de mejores caracteriacutesticas para la aplicacioacuten del tratamiento de

rizofiltracioacuten en muestras de cuerpos hiacutedricos y efluentes

liacutequidos de plantas de beneficio con concentraciones de As

superiores a los liacutemites maacuteximos permisibles

34 Desarrollo de cultivos hidropoacutenicos de pasto azul

(dactylis glomerata)

Para el desarrollo de cultivos hidropoacutenicos de pasto azul se

emplearon 276 cubos de sustrato en los cuales se colocaron de

3 a 5 semillas de acuerdo a la metodologiacutea descrita en la

Seccioacuten 222 En eacutesta fase se obtuvo un 640 de germinacioacuten

a los 11 diacuteas de proceso Al final de este periodo las plaacutentulas

presentaron un promedio de crecimiento de 188 cm

Las semillas germinadas fueron colocadas en bandejas con

solucioacuten nutritiva de las cuales el 760 alcanzaron una

longitud de entre 10 a 12 cm posterior a ello se trasladaron al

sistema hidropoacutenico vertical NFT en esta etapa

permanecieron de 4 a 5 meses previo a ser empleadas en el

tratamiento de rizofiltracioacuten para lo cual alcanzaron

longitudes promedio de 60 cm en hojas y 12 cm en raiacutez

(Seccioacuten 222)

Durante el crecimiento de las plantas se controloacute la presencia

de plagas y mortalidad de las mismas para contrarrestar la

plaga de pulgoacuten verde que sufrieron al tercer mes de

crecimiento se empleoacute una insecticida natural que conteniacutea

ajo y agua (relacioacuten 19) con ello se eliminoacute el 80 de la plaga

en el plazo de 24 horas Adicionalmente se repitioacute el proceso

cada 2 diacuteas hasta obtener el 100 de depuracioacuten

Semanalmente se limpiaron las hojas marchitas de las plantas

a fin de que eacutestas se regeneren

35 Resultados de remocioacuten de As por rizofiltracioacuten

empleando pasto azul a escala laboratorio

351 Remocioacuten de As de muestras de agua superficial de

dos cuerpos hiacutedricos

Con base en los resultados de la caracterizacioacuten de las

muestras de agua superficial de los riacuteos Chico y Siete cuya

concentracioacuten de As sobrepasaba el liacutemite maacuteximo permisible

de 005 (mgL-1) y considerando los resultados presentados en

la Tabla 5 donde se verificoacute que el pasto azul (dactylis

glomerata) presentaba porcentajes de remocioacuten de As

superiores al 50 con una mortalidad del 473 se procedioacute

directamente a la aplicacioacuten del tratamiento de rizofiltracioacuten

para las muestras de agua

Las plantas empleadas en los tratamientos se desarrollaron en

cultivos hidropoacutenicos con solucioacuten nutritiva a fin de que la

raiacutez de la especie vegetal se adapte al medio acuoso de

acuerdo a lo detallado en la Seccioacuten 222

Para la muestra de agua del riacuteo Siete se realizoacute dos

tratamientos en el primero se empleoacute 15 plantas de pasto azul

con 4 meses de crecimiento cuyas dimensiones promedio

fueron 5327 cm hojas y 1147 cm raiacutez Para el segundo

tratamiento se redujo el nuacutemero de especies a 10 plantas con

un tiempo de crecimiento de 5 meses y longitudes promedio

de 136 cm y 609 cm para raiacutez y hojas respectivamente

Conforme a los resultados sentildealados en la Tabla 6 para el

Tratamiento 1 al cuarto diacutea ya se contoacute con concentraciones

de As inferiores al liacutemite maacuteximo permisible de 005 mgL-1

establecido en la normativa ambiental aplicable para la

preservacioacuten de los cuerpos hiacutedricos Desde el diacutea quinto hasta

el deacutecimo tercer diacutea la reduccioacuten de la concentracioacuten del

metaloide se mantiene constante y al deacutecimo cuarto diacutea la

concentracioacuten de As se ubica bajo el liacutemite recomendable por

la Organizacioacuten Mundial de la Salud de 001 mgL-1

alcanzando su maacuteximo porcentaje de remocioacuten el deacutecimo

quinto diacutea de tratamiento con un 972 y una tasa de

marchitamiento del 80

El tratamiento se podriacutea aplicar hasta el cuarto diacutea tiempo en

el cual las plantas presentan una mortalidad del 40 con una

remocioacuten del 716 A partir de ese tiempo las especies

vegetales empiezan a perder su capacidad de tolerancia al As

esto puede deberse a que las fitoquelatinas que son peacuteptidos

que permiten la quelacioacuten o precipitacioacuten de los metales

pesados dentro de las vacuolas celulares y con ello evitar dantildeo

celular de las plantas estaacuten perdiendo su capacidad de

asociacioacuten con los metales lo que disminuye su remocioacuten

(Schat 2002 Yadav 2010)

En el ensayo de rizofiltracioacuten del Tratamiento 2 se puede

observar que al segundo diacutea de tratamiento ya se tienen

concentraciones menores al liacutemite maacuteximo permisible con un

porcentaje de remocioacuten del 737 Ademaacutes las plantas

presentaron un marchitamiento del 20 por lo que al emplear

especies maacutes maduras se puede tanto obtener mejores

resultados en menor tiempo como regenerar las especies para

aplicarlas en otros tratamientos ya que eacutestas se han adaptado

a la concentracioacuten de As Cabe sentildealar que las especies

utilizadas en este tratamiento presentaron un sistema radicular

maacutes desarrollado en comparacioacuten con las plantas del

tratamiento anterior

Al respecto en el estudio de Vaacutesquez et al (2009) se

establecioacute que las plantas han desarrollado varios mecanismos

para controlar la homeostasis de elementos esenciales y

soportar el estreacutes generado por elementos toacutexicos lo que le

permite adaptarse a ellos por lo que los altos porcentajes de

remocioacuten de As pueden atribuirse a que la planta asimiloacute a este

metaloide como un nutriente

Remocioacuten de Arseacutenico de Efluentes Liacutequidos de Plantas de Beneficio de Oro y Cuerpos Hiacutedricos de la Zona Minera de Ponce Enriacutequez por Rizofiltracioacuten con Pasto Azul (dactylis glomerata)

Tabla 6 Remocioacuten de As de muestras del riacuteo Siete empleando rizofiltracioacuten

con pasto azul Tratamiento 1(2) Tratamiento 2(3)

Diacutea de

tratamiento

Concentracioacuten

As solucioacuten

(mgL-1)

Diacutea de

tratamiento

Concentracioacuten

As solucioacuten

(mgL-1)

LMP(1) 005 LMP(1 005

0 0120 0 0120

1 0050 1 0061 4 0038 2 0032

5 0034 5 0014

7 0024 6 0006 15 0006 7 0001

(1) Liacutemite Maacuteximo Permisible Anexo 1 Tabla 2 TULSMA

(2) Tratamiento 1 5000 mL de muestra 15 plantas y 4 meses de crecimiento (3) Tratamiento 2 3000 mL de muestra 10 plantas y 5 meses de crecimiento

De acuerdo a Meharg A (2005) y Rangel et al (2015) el As

en forma de arseniato (As+5) puede sustituir al fosfato que es

considerado como un macronutriente de la solucioacuten nutritiva

en la cual se desarrollaron las plantas pues posee una

estructura anaacuteloga y por consiguiente puede entrar a las

ceacutelulas a traveacutes del sistema de transporte del fosfato

Para la muestra de agua del riacuteo Chico se partioacute de una

concentracioacuten de As de 027 mgL-1 y se tratoacute 5000 mL por

rizofiltracioacuten con 15 plantas de pasto azul de 4 meses de

crecimiento hidropoacutenico con dimensiones de 6260 cm y 1273

cm de longitud de hojas y raiacutez respectivamente De los

resultados obtenidos se determinoacute que al seacuteptimo diacutea la

concentracioacuten de As se encontroacute bajo el liacutemite maacuteximo

permisible tiempo que es superior en 3 diacuteas a los resultados

obtenidos en los tratamientos con las muestras del riacuteo Siete que

presentoacute una concentracioacuten inicial de As menor a la del riacuteo

Chico por lo que al octavo diacutea se finalizoacute el tratamiento y se

alcanzoacute una maacutexima remocioacuten de 974 con una mortalidad

del 70

Con estos resultados se realizoacute otro ensayo de rizofiltracioacuten

que corresponde al Tratamiento 2 en el que se redujo el

nuacutemero de plantas y el volumen de muestra de 5000 mL a

3000 mL a fin de determinar la influencia de estos factores en

la absorcioacuten de As En este caso se emplearon 10 plantas de

pasto azul con 5 meses de crecimiento cuyas dimensiones

fueron 1250 cm y 5180 cm de para raiacutez y hojas

respectivamente En la Tabla 7 se muestra que al sexto diacutea de

tratamiento presentaron valores bajo al liacutemite maacuteximo

permisible lo que puede deberse a que el sistema radicular de

estas especies estuvo maacutes desarrollado favoreciendo la

absorcioacuten del As ya que al seacuteptimo se alcanzoacute el 999 de

remocioacuten con un 200 de mortalidad

Tabla 7 Remocioacuten de As de muestras del riacuteo Chico empleando

rizofiltracioacuten con pasto azul Tratamiento 1(2) Tratamiento 2(3)

Diacutea de

tratamiento Concentracioacuten As

solucioacuten (mgL-1) Diacutea de

tratamiento Concentracioacuten As

solucioacuten (mgL-1)

LMP(1) 005 LMP(1) 005

0 0270 0 0270

1 0206 1 0204 2 0094 2 0185

6 0051 5 0090

7 0026 6 0037

8 0007 7 0001

(1) Liacutemite Maacuteximo Permisible Anexo 1 Tabla 2 TULSMA

(2) Tratamiento 1 5000 mL de muestra 15 plantas y 4 meses de crecimiento (3) Tratamiento 2 3000 mL de muestra 10 plantas y 5 meses de crecimiento

Figura 4 Remocioacuten de As en funcioacuten de la concentracioacuten inicial

Para determinar coacutemo afecta la concentracioacuten de As en la

remocioacuten de este metal a traveacutes de rizofiltracioacuten se realizoacute una

comparacioacuten entre los resultados del Tratamiento 1 de las 2

muestras de agua de los cuerpos hiacutedricos del Distrito Minero

Camilo Ponce Enriacutequez Los resultados obtenidos se muestran

en la Figura 4 en esta comparacioacuten se puede observar que a

menor concentracioacuten de As se llega en menor tiempo a valores

bajo los liacutemites permisibles La muestra del riacuteo Siete al primer

diacutea de tratamiento alcanza este valor mientras que la muestra

del riacuteo Chico lo alcanza al sexto diacutea

Para el seacuteptimo diacutea las dos muestras de estudio alcanzaron el

mismo rango de concentracioacuten de As que es inferior al liacutemite

maacuteximo permisibles establecido en la normativa ambiental

Asiacute mismo se puede observar que las plantas una vez que

absorben maacutes del 50 empiezan a reducir su capacidad de

absorcioacuten lo que puede atribuirse a que la planta estaacute

saturaacutendose ya no reconoce al As como fosfato

352 Remocioacuten de As de muestras de agua de efluentes

liacutequidos de dos plantas de beneficio de oro a escala

laboratorio

De acuerdo a PRODEMINCA (1998) en las cuencas de los

riacuteos Chico y Siete se ubica una extensa explotacioacuten auriacutefera a

partir de minerales que contienen sulfuros Las teacutecnicas de

explotacioacuten y beneficio no son en su mayoriacutea eficientes como

tampoco lo es la disposicioacuten de los efluentes esto genera

afectacioacuten a los cuerpos hiacutedricos de la zona Por ello se evaluoacute

la remocioacuten de As por rizofiltracioacuten para los efluentes de dos

plantas de beneficio instaladas en las riveras de estos riacuteos

Para cada ensayo se partioacute de 5000 mL de efluentes liacutequidos

y 15 plantas de pasto azul de 4 meses de crecimiento cuyas

dimensiones en promedio fueron para la Planta de Beneficio

1 6547 cm (hojas) y 1213 cm (raiacutez) y para la Planta de

Beneficio 2 6270 cm (hojas) y 148 cm (raiacutez) En la Tabla 8

se presentan los resultados del Tratamiento 1 para cada planta

de beneficio

En la Tabla 8 se observa que las concentraciones As del

efluente de la Planta de Beneficio 1 es superior en 04 mgL-1

del liacutemite maacuteximo permisible por lo que al segundo diacutea de

tratamiento ya se alcanzan valores bajo el liacutemite que

corresponde al 610 de remocioacuten del metaloide

000

003

006

009

012

015

018

021

024

027

030

0 1 2 3 4 5 6 7 8 9

Con

cen

trac

ioacuten

n d

e A

s en

solu

cioacuten

(mgL

-1)

Diacuteas de tratamiento

Riacuteo Siete Riacuteo Chico Liacutemite maacuteximo permisible

Remocioacuten de Arseacutenico de Efluentes Liacutequidos de Plantas de Beneficio de Oro y Cuerpos Hiacutedricos de la Zona Minera de Ponce Enriacutequez por Rizofiltracioacuten con Pasto Azul (dactylis glomerata)

Tabla 8 Remocioacuten de As de muestras de efluente liacutequido de dos plantas de

beneficio empleando rizofiltracioacuten con pasto azul Planta de Beneficio 1 Planta de Beneficio 2

Diacutea de

tratamiento

Concentracioacuten As

en solucioacuten

(mgL-1)

Diacutea de

tratamiento

Concentracioacuten As

en solucioacuten

(mgL-1)

LMP(1) 010 LMP(1) 010

0 0140 0 0240

1 0113 1 0188

2 0055 3 0092

6 0043 8 0034

7 0030 13 0023 8 0024 14 0014

9 0011 15 0010

(1) Liacutemite Maacuteximo Permisible Anexo 1 Tabla 9 Liacutemites de Descarga a un Cuerpo de Agua Dulce TULSMA

Sin embargo se continuoacute con el proceso hasta alcanzar la

concentracioacuten miacutenima recomendada por la Organizacioacuten

Mundial de la Salud (10 ug L-1) valor que se lo alcanzoacute al

noveno diacutea de tratamiento con un porcentaje de remocioacuten del

921 y una mortalidad de las especies de pasto azul del 80

Por otro lado para la Planta de Beneficio 2 se partioacute de

concentracioacuten de As dos veces superior al liacutemite maacuteximo

permisible de 010 mgL-1 para el tercer diacutea de tratamiento ya

se obtuvieron concentraciones bajo el liacutemite que corresponden

al 63 de remocioacuten al igual que el tratamiento aplicado al

efluente de la planta de beneficio 1 se continuoacute con el mismo

hasta alcanzar una concentracioacuten de 001 mgL-1 de As

presente en la muestra de estudio este valor se obtuvo al

deacutecimo quinto diacutea lo que representa el 96 de remocioacuten con

un porcentaje de mortandad del 80

Al igual que con las muestras de agua de los cuerpos hiacutedricos

se realizoacute otro ensayo para los efluentes de plantas de

beneficio en el que se varioacute el tiempo de crecimiento de las

especies de pasto azul de 4 a 5 meses y se mantuvo el volumen

de 5000 mL de muestra cuyos resultados se presentan en las

Figuras 5 y 6

Para la Planta de Beneficio 1 se redujo el nuacutemero de especies

de 15 a 10 plantas de pasto azul con dimensiones promedio de

183 cm de raiacutez y 649 cm de hojas Bajo estos paraacutemetros se

alcanzoacute al primer diacutea de tratamiento una concentracioacuten de As

de 0076 mgL-1 valor inferior al liacutemite maacuteximo permisible y

para el octavo diacutea se alcanzoacute el 936 de remocioacuten con un

600 de mortalidad valores que se presentan en la Figura 5

Figura 5 Remocioacuten de As de efluentes liacutequidos de Planta de Beneficio 1 en funcioacuten del nuacutemero de plantas de pasto azul

Figura 6 Remocioacuten de As de efluentes liacutequidos de Planta de Beneficio 2 (PB2) variando dimensiones de planta y tiempo de crecimiento

De la Figura 5 se puede determinar que al trabajar con un

menor nuacutemero de especies se presenta la misma tendencia que

al emplear 15 plantas de pasto azul esto se debe a que el

sistema radicular de las especies del segundo tratamiento se

encontraba maacutes desarrollado lo que favorecioacute en el proceso de

absorcioacuten de As ya que al tener un xilema maacutes desarrollado

aumenta la capacidad hiperacumuladora de metales por las

plantas de acuerdo a lo sentildealado por Rascio amp Navari-Izzo

(2011)

Para la Planta de Beneficio 2 se consideroacute solo al tiempo de

crecimiento de las especies como paraacutemetro de variacioacuten en

este tratamiento se empleoacute 15 especies de pasto azul de 5

meses cuyas dimensiones promedio fueron de 127 cm de raiacutez

y 552 cm de hojas bajo estas condiciones al deacutecimo cuarto

diacutea se llegoacute a una concentracioacuten de 0019 mgL-1 que

representa el 92 de remocioacuten de As Estos resultados fueron

graficados en la Figura 6 conjuntamente con los datos del

Tratamiento 1 y se puede evidenciar que no existe una

variacioacuten significativa entre ellos a pesar de que el sistema

radicular de las especies del Tratamiento 2 eran inferiores sin

embargo permanecieron un mayor tiempo en contacto con

solucioacuten nutritiva

353 Variacioacuten de crecimiento de raiacutez y hojas de especies

pasto azul empleado en rizofiltracioacuten

A fin de determinar coacutemo afecta la absorcioacuten de As en el

crecimiento de las plantas empleadas en la rizofiltracioacuten se

procedioacute a medir la raiacutez y hojas antes y despueacutes del

tratamiento Los resultados se presentan en la Tabla 9

Tabla 9 Dimensiones de raiacutez y hojas de pasto azul

Muestra Parte Dimensiones (cm) Diacuteas

tratamiento

de

remocioacuten As Inicial Final

Riacuteo Siete Hojas 5327 5435

15 9715 Raiacutez 1147 1021

Riacuteo Chico Hojas 6260 6543

8 9740 Raiacutez 1273 1527

Planta de

Beneficio 1

Hojas 6547 6778 9 9214

Raiacutez 1213 1219

Planta de

Beneficio 2

Hojas 6270 6520 15 9600

Raiacutez 1480 880

000

002

004

006

008

010

012

014

0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10

Con

cen

trac

ioacuten

de

As

en s

olu

cioacuten

(mgL

-1)

Diacutea de Tratamiento

Rizofiltracioacuten 15 plantas 5 L Rizofiltracioacuten 10 plantas 5 LLiacutemite maacuteximo permisible

000

003

006

009

012

015

018

021

024

027

0 2 4 6 8 10 12 14 16

Con

cen

trac

ioacuten

n d

e A

s en

solu

cioacuten

(mgL

-1)

Diacuteas de tratamiento

Tratamiento 1_PB2 Tratamiento 2_PB2

Liacutemite maacuteximo permisible

Remocioacuten de Arseacutenico de Efluentes Liacutequidos de Plantas de Beneficio de Oro y Cuerpos Hiacutedricos de la Zona Minera de Ponce Enriacutequez por Rizofiltracioacuten con Pasto Azul (dactylis glomerata)

De los datos presentados se observa que a un mayor tiempo

de retencioacuten el sistema radicular decrece debido a que se ve

debilitado por el contacto con la solucioacuten sin embargo en los

tratamientos que duraron la mitad del tiempo de retencioacuten se

tiene un crecimiento de la raiacutez de las plantas empleadas esto

puede deberse a que hasta ese tiempo la planta asimila al As

como fosfato que es utilizado como nutriente es decir

estimuloacute la produccioacuten de biomasa de raiacuteces manteniendo

concordancia con lo descrito por Vaacutesquez et al (2009) en su

ensayo con plantas de soja en soluciones de arseniato

Ademaacutes se observa que las dimensiones de las hojas de las

especies incrementa esto debido a que el As no afectoacute el

crecimiento de la planta ya que las concentraciones a las que

fueron expuestas son bajas entre 012 y 027 mgL-1

manteniendo concordancia con lo descrito por Machlis (1945)

quien que sentildeala que concentraciones de As de hasta 05 a

06 mgL-1 no suprimen el crecimiento de las plantas

354 Anaacutelisis de As en raiacutez y hojas de plantas de pasto azul

empleado en rizofiltracioacuten

A fin de determinar la cantidad de As retenido por las especies

de pasto azul que fueron empleadas en los diferentes

tratamientos de rizofiltracioacuten se procedioacute a tomar una muestra

de 3 plantas representativas con la raiacutez maacutes abundante y un

promedio de longitud de 13 cm las cuales fueron sometidas a

una disgregacioacuten aacutecida conforme al numeral 233 y

posteriormente se analizoacute la concentracioacuten de As tanto en raiacutez

como hojas mediante ICP-OES

Dushenkov et al (1995) y Del Toro et al (2013) en sus

estudios sentildealaron que la mayoriacutea de las plantas retienen gran

parte de la carga de plomo y As respectivamente en la raiacutez y

una pequentildea fraccioacuten se transporta preferentemente a las hojas

donde es secuestrada y acumulada en la vacuola celular esto

corrobora los datos presentados en la Tabla 10 en los cuales

se puede observar que en promedio maacutes del 768 del

metaloide de intereacutes se retuvo en el sistema radicular y hasta

un 231 en las hojas debido a que el As se inmovilizo en el

sistema radicular de la planta

Por otro lado tambieacuten se analizoacute una muestra de plantas que

no se sometieron a tratamiento de rizofiltracioacuten cuyos

resultados sirvieron para compararlos con las especies

aplicadas en las muestras de agua de los riacuteos asiacute como en las

descargas liacutequidas de las Plantas de Beneficio obteniendo que

los valores maacuteximos superan 10 y 15 veces al valor obtenido

en el blanco ademaacutes las plantas que estuvieron expuestas a las

mayores concentraciones de As (0240 y 0270 mgL-1)

presentaron los valores maacutes altos es decir la absorcioacuten de As

fue directamente proporcional a la concentracioacuten inicial del

metaloide

Tabla 10 Concentracioacuten de As en raiacutez y hojas de pasto azul empleadas en

rizofiltracioacuten

MUESTRA As (mgg-1) As

Raiacutez Hojas Raiacutez Hojas

BLANCO 0109 0019 852 148 RIO CHICO 1069 0360 748 252

RIO SIETE 0220 0082 728 272

PLANTA DE BENEFICIO 1 1624 0248 868 132 PLANTA DE BENEFICIO 2 0127 0047 731 269

Tabla 11 Anaacutelisis de Varianza de resultados de absorcioacuten de As con

diferentes tipos de muestras FV SC gl CM F p

Modelo 006 7 001 185 01 Muestra de tratamiento 006 7 001 185 01

Error 026 59 0 Total 031 66

SC=Suma de cuadrados F=valor estadiacutestico de distribucioacuten de Snedecor

p=valor estadiacutestico para aceptar o rechazar una hipoacutetesis

gL=grados de libertad CM=Media cuadraacutetica

Por otra parte la mayor acumulacioacuten de As en la raiacutez puede

deberse a factores internos de tolerancia de la planta como los

exudados radiculares que estaacuten formados por aacutecidos orgaacutenicos

que permiten la tolerancia de metales en el sistema radical que

pueden influenciar de manera directa en la solubilidad de

elementos ya sean esenciales o no a traveacutes de la acidificacioacuten

quelacioacuten precipitacioacuten y procesos de oacutexidondashreduccioacuten en la

rizoacutesfera y de forma indirecta mediante efectos en la actividad

microbiana en las propiedades fiacutesicas de la rizoacutesfera y en la

dinaacutemica de crecimiento de la raiacutez esto de acuerdo a lo

sentildealado por Gonzales y Zapata (2008) y lo verificado por

Dushenkov et al (1995) en su estudio empleando pasto para

remover plomo

36 Anaacutelisis estadiacutesticos de resultados de tratamiento de

rizofiltracioacuten

Los datos obtenidos referentes a la absorcioacuten de As de las 4

muestras empleadas en el estudio fueron analizados por el

meacutetodo ANOVA utilizando el sistema INFOSTATL a fin de

determinar si existe varianza significativa o no entre los

resultados de absorcioacuten de As de muestras de agua de 2 riacuteos y

2 efluentes de plantas de beneficio de la zona minera de

Camilo Ponce Enriacutequez hasta alcanzar valores inferiores al

liacutemite maacuteximo permisible cuyos resultados se presentan en la

siguiente Tabla

De las Tablas 11 y 12 se determina que el valor obtenido de p

es mayor que el 50 lo que significa que los resultados no

son significativamente diferentes entre siacute ya que se encuentran

dentro del mismo rango por lo que el tratamiento de

rizofiltracioacuten para muestras de agua que se encuentran sobre

los liacutemites maacuteximos permisibles establecidos por la normativa

ambiental son aplicables tanto para agua de cuerpos hiacutedricos

asiacute como para efluentes liacutequidos de plantas de beneficio

Ademaacutes todos los resultados presentan medias similares por

lo que se ubican en un mismo rango reforzando la hipoacutetesis

de que el tratamiento es aplicable a diferentes muestras de

agua

Tabla 12 Test de Tukey 5

Muestra de Tratamiento Medias n EE Rango

Rio Siete A 003 12 002 A

Rio Siete B 004 6 003 A

PLANTA DE BENEFICIO 1 A 006 8 002 A PLANTA DE BENEFICIO 1 B 006 7 002 A

PLANTA DE BENEFICIO 2 B 006 11 002 A

PLANTA DE BENEFICIO 2 A 007 10 002 A Rio Chico A 011 7 002 A

Rio Chico B 013 6 003 A

n=nuacutemero de muestras EE=error estaacutendar

Remocioacuten de Arseacutenico de Efluentes Liacutequidos de Plantas de Beneficio de Oro y Cuerpos Hiacutedricos de la Zona Minera de Ponce Enriacutequez por Rizofiltracioacuten con Pasto Azul (dactylis glomerata)

37 Anaacutelisis de resultados de implementacioacuten de ensayo a

escala piloto y propuesta de humedal para depuracioacuten

de efluentes liacutequidos

A fin de que el proceso de estudio sea aplicable como una

alternativa de tratamiento de efluentes liacutequidos de la industria

minera se consideroacute su aplicacioacuten en humedales artificiales

con pasto azul Para este proceso se emplearon 15 plantas en

cada humedal con 6 meses de crecimiento y dimensiones

promedio de 284 cm (raiacutez) y 660 cm (hojas) en el primer

humedal y 257 cm (raiacutez) y 594 cm (hojas) para el segundo

humedal las mismas que previamente se desarrollaron de

manera hidropoacutenica y fueron trasplantadas a los humedales

donde se adaptaron por 5 diacuteas (Seccioacuten 24)

Considerando que en los resultados de seccioacuten 36 se observa

que al segundo diacutea de tratamiento ya se obtienen valores de As

bajo el liacutemite maacuteximo permisible establecido en la normativa

ambiental para este estudio se consideroacute un tiempo de

retencioacuten de 48 horas previo a la descarga del efluente liacutequido

cuyos resultados se presentan en la Tabla 13

De los resultados se puede establecer que a las 48 horas se

logra obtener concentraciones de As bajo el liacutemite maacuteximo

permisible establecido por la normativa ambiental de

01 mgL-1 lo que corresponde al 98 y 95 de remocioacuten

del metaloide de los efluentes de las plantas de beneficio 1 y

2 respectivamente conforme se observoacute en los numerales

anteriores eacuteste porcentaje de remocioacuten se lo alcanza al seacuteptimo

o deacutecimo quinto diacutea de tratamiento sin embargo al combinar

la capacidad de absorcioacuten de As del pasto azul con el sustrato

empleado permiten incrementar la eficiencia del tratamiento

en un menor tiempo de aplicacioacuten

Otte amp Jacob (2006) sentildealan que existe una eficiencia del 65

para la remocioacuten de As empleando humedales artificiales

valor que confirma los datos obtenidos en la Tabla 13 Ademaacutes

se puede verificar que a menor concentracioacuten inicial se obtiene

una mayor remocioacuten del metaloide con una mortalidad del

10 debido a la capacidad de adaptacioacuten del pasto azul por

tanto pueden ser empleadas en varios procesos de

remediacioacuten sin embargo deberaacuten ser puestas en contacto con

solucioacuten nutritiva a fin de que las mismas se regeneren

Por otra parte con estos resultados se realizoacute la propuesta de

disentildeo de un humedal artificial para el tratamiento de efluentes

liacutequidos de plantas de beneficio a fin de disminuir la

concentracioacuten de As hasta niveles bajo el liacutemite maacuteximo

permisible para descargas liacutequidas a cuerpos hiacutedricos

Se considera un humedal artificial de flujo subsuperficial

vertical con comportamiento de un reactor de flujo ideal en

pistoacuten y modelo cineacutetico de remocioacuten de As de primer orden

(Culqui 2015)

Tabla 13 Remocioacuten de As en humedales artificiales con pasto azul

Tipo de muestra As (mgL-1) Remocioacuten

de As Inicial Final

Planta de Beneficio 1 014 0005 980

Planta de Beneficio 2 024 0013 950

(1) Liacutemite Maacuteximo Permisible Anexo 1 Tabla 9 Liacutemites de Descarga a un Cuerpo de Agua Dulce TULSMA

Tabla 14 Dimensionamiento de un humedal artificial Paraacutemetro Descripcioacuten Unidad Valor

Consideraciones

H(1) Altura Humedal m 060

Q Caudal entrada Ldiacutea-1 288000 Co Concentracioacuten Inicial As mgL-1 024

Cf Concentracioacuten Final de As mgL-1 0015

k Constante cineacutetica diacutea-1 -138 Ɛ(2) Porosidad del material 038

Dimensiones

As Aacuterea superficial total m2 2526

W Ancho m 410 L Largo m 616

t Tiempo de retencioacuten hidraacuteulico diacutea 2

n Nuacutemero de celdas 2

(1) Luna amp Castantildeeda 2014 (2) Saacutenchez 2010

Las dimensiones del humedal propuesto para el tratamiento se

presentan en la Tabla 14 donde se consideroacute una planta de

beneficio de pequentildea mineriacutea que descarga 010 Lseg-1 que

corresponderiacutea al caudal miacutenimo de entrada al humedal con

estos datos se establecioacute que se requiere un aacuterea superficial de

2526 m2 con dimensiones de 410 m de ancho 616 m de

largo y 060 m de profundidad Con un tiempo de retencioacuten de

2 diacuteas para alcanzar la remocioacuten de As hasta valores bajo la

norma ambiental aplicable

Para tratar mayores caudales de efluentes en los humedales

artificiales se deberiacutean emplear aacutereas maacutes extensas mayor

tiempo de retencioacuten y mayor nuacutemero de plantas por ellos se

podriacutean establecer varios humedales en paralelo

4 CONCLUSIONES

Para la ejecucioacuten del presente estudio se contemplaron los tres

principales distritos mineros de pequentildea mineriacutea del Ecuador

determinando que los cuerpos hiacutedricos de Camilo Ponce

Enriacutequez en promedio superaban 20 veces el liacutemite maacuteximo

permisible de As establecido en la Tabla 2 Criterio de Calidad

Admisible para la preservacioacuten de la vida acuaacutetica y silvestre

en agua dulce marinas y de estuario del Anexo del Texto

Unificado de Legislacioacuten Secundaria del Ministerio del

Ambiente las altas concentraciones de As puede deberse a la

geologiacutea de la zona asiacute como a las ineficientes teacutecnicas de

explotacioacuten y procesamiento del mineral por parte de los

mineros artesanales y pequentildeos mineros

Las plantas que presentan mejores caracteriacutesticas para la

absorcioacuten de As en solucioacuten son el jacinto de agua pasto azul

y helecho acuaacutetico miniatura De estas el pasto azul presentoacute

el 96 de remocioacuten de As con un 473 de mortalidad y 28

de marchitamiento para soluciones con una concentracioacuten de

0154 mgL-1 del metaloide en referencia por lo que se

seleccionoacute esta especie como la maacutes resistente para los

tratamientos de rizofiltracioacuten

El tratamiento de rizofiltracioacuten con pasto azul aplicado a

muestras de agua tanto de cuerpos hiacutedricos como efluentes

liacutequidos de plantas de beneficio de la zona minera de Camilo

Ponce Enriacutequez que presentaban concentraciones de As entre

0120 y 0270 mgL-1 permite obtener maacutes del 90 de

remocioacuten de As llegando a concentraciones inferiores al

liacutemite maacuteximo permisible tanto el establecido por la normativa

ambiental ecuatoriana asiacute como por la Organizacioacuten Mundial

Remocioacuten de Arseacutenico de Efluentes Liacutequidos de Plantas de Beneficio de Oro y Cuerpos Hiacutedricos de la Zona Minera de Ponce Enriacutequez por Rizofiltracioacuten con Pasto Azul (dactylis glomerata)

de la Salud por lo que se puede establecer que el tratamiento

de rizofiltracioacuten es aplicable a muestras reales que contienen

varios metales disueltos con resultados similares a los

alcanzados empleando soluciones sinteacuteticas de un metal en

especiacutefico es decir que los otros metales no inhibieron la

capacidad del pasto azul para absorber As

Las plantas de pasto azul con mayores dimensiones de su

sistema radicular presentan los porcentajes de remocioacuten de As

superiores como se evidencia en las muestras del riacuteo Chico y

Planta de Beneficio 2 de 974 y 96 respectivamente es

decir la remocioacuten del contaminante incrementa con el tamantildeo

de la raiacutez

Las plantas de pasto azul empleadas en el tratamiento de

rizofiltracioacuten presentaron un incremento de longitud de raiacuteces

y hojas de 219 cm en promedio lo que indica que las

concentraciones de As a las que estuvieron expuestas no

inhibieron el desarrollo de las mismas por lo que una vez

finalizado el tratamiento eacutestas pueden ser regeneradas en

contacto con solucioacuten nutritiva

Maacutes del 70 del As contenido en las especies usadas para el

tratamiento de rizofiltracioacuten se acula en el sistema radicular

esto debido tanto a la retencioacuten del metaloide en la pared

celular como a la complejacioacuten de las fitoquelatinas en la

vacuola celular de la planta

El tratamiento de rizofiltracioacuten en un humedal artificial

incrementa su eficiencia debido a la interaccioacuten que existe

entre las raiacuteces y el sustrato lo que permite que al segundo diacutea

se alcance el 95 de remocioacuten de As del efluente liacutequido

industrial llegando a valores inferiores al liacutemite maacuteximo

permisible de 01 mgL-1 establecido por la normativa

ambiental ecuatoriana concentracioacuten a la cual es permitida su

descarga a un cuerpo hiacutedrico

Un humedal artificial de flujo subsuperficial vertical con

plantas enraizadas de un aacuterea superficial de 2526 m2 (410 m

de ancho por 616 m de largo) con un tiempo de retencioacuten de

2 diacuteas puede ser empleado para tratar efluentes liacutequidos

industriales con porcentajes de remocioacuten de As superiores al

95 para una capacidad de 2880 Ldiacutea-1

Una vez finalizado el tratamiento de rizofiltracioacuten las plantas

empleadas para la absorcioacuten de metales deben ser gestionadas

como un desecho peligroso debido a su alta concentracioacuten de

metales por lo que se recomienda que las mismas sean

incineradas previo a su disposicioacuten final ya sean en celdas de

seguridad o reutilizarlas como fuente para recuperar los

metales

5 AGRADECIMIENTO

Los autores muestran su agradecimiento al Departamento de

Metalurgia Extractiva (DEMEX) de la Escuela Politeacutecnica

Nacional por el financiamiento de la presente investigacioacuten

mediante los fondos del proyecto PII-DEMEX-001-2019

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CERTIFICACIOacuteN

Certifico que el presente trabajo fue desarrollado por Aacutengela Mireya Quishpe Ballagaacuten bajo mi supervisioacuten

_______________________________ Ing Alicia Guevara Caiquetaacuten PhD

DIRECTORA DEL PROYECTO

AUSPICIO

La presente investigacioacuten contoacute con el auspicio financiero del proyecto PII-DEMEX-001-2019 que se ejecutoacute en el Departamento de Metalurgia Extractiva de la Facultad de Ingenieriacutea Quiacutemica y Agroindustria

AGRADECIMIENTOS Primero agradezco a Dios por darme la fortaleza durante esta nueva etapa de formacioacuten acadeacutemica por permitirme estar rodeada de personas maravillosas como mi familia y amigos A mi madre por siempre ser mi ejemplo de perseverancia y lucha ante las adversidades a mi padre por estar presente en cada paso que doy a mis hermanas Mayra Pilar y Cristina mi hermano Luis mi cuntildeado Ricardo y a mis sobrinos Byron Juan Santiago Ximena Bruno Nicolaacutes y Leandro quienes han sido un pilar fundamental en mi vida y son la fuerza para seguir adelante Un agradecimiento especial a mi sobrino Byron por ser mi mayor apoyo durante esta etapa por su carintildeo incondicional y por ser el mejor compantildeero de estudio que he tenido y en ocasiones por ser el mejor profesor gracias por tu paciencia A la Ing Alicia Guevara por su guiacutea durante el desarrollo del presente trabajo de investigacioacuten por su amistad durante todos estos antildeos y en especial por ser ese empuje que en ocasiones necesitaba Al Departamento de Metalurgia Extractiva por abrirme nuevamente las puertas a mis profesores Ing Ernesto de la Torre Ing Dianita Endara Ing Edy Pazmintildeo Ing Ximena Diacuteaz y Ely gracias por todos los conocimientos impartidos a Eve y Verito por su ayuda y paciencia en los ensayos A mis compantildeeros de maestriacutea Luchito T Stalin Freddy Luchito G y Cris gracias por su amistad apoyo y risas en los momentos maacutes difiacuteciles A Liz Adri Pao Soraya y Vale quienes me apoyaron durante el desarrollo del proyecto de investigacioacuten sin ustedes no hubiese sido posible llegar a este punto Finalmente agradezco a mis amigos principalmente a Silvi Yady Jenny Vivi Vero Michael Tontildeo Stephy y Any quienes siempre me dieron los mejores aacutenimos para no decaer y sobretodo por ser mi segunda familia

DEDICATORIA

A mi madre Beatriz por su amor incondicional y fortaleza ya que sin ella nada seriacutea posible

Remocioacuten de Arseacutenico de Efluentes Liacutequidos de Plantas de Beneficio de Oro y Cuerpos Hiacutedricos de la Zona Minera de Ponce Enriacutequez por Rizofiltracioacuten con Pasto Azul (dactylis glomerata)

Remocioacuten de Arseacutenico de Efluentes Liacutequidos de Plantas de Beneficio de

Oro y Cuerpos Hiacutedricos de la Zona Minera de Ponce Enriacutequez por

Rizofiltracioacuten con Pasto Azul (dactylis glomerata)

Quishpe Aacutengela(1) Guevara Alicia(2)

Departamento de Metalurgia Extractiva Escuela Politeacutecnica Nacional Ladroacuten de Guevara E11-253 Quito Ecuador

Teleacutefono (5932)2976300 (ext5806) E-Mail (1) angelaquishpeepneduec (2)aliciaguevaraepneduec

Resumen El presente trabajo se evaluoacute la remocioacuten de As de muestras de agua de dos cuerpos hiacutedricos y dos efluentes de

plantas de beneficio de oro de la zona minera de Camilo Ponce Enriacutequez a traveacutes del tratamiento de rizofiltracioacuten con pasto azul

(dactylis glomerata) Esta especie fue previamente seleccionada por su capacidad de remocioacuten de As del 96 en soluciones

sinteacuteticas Para el estudio se partioacute de concentraciones de As de 012 y 027 mgL-1 para muestras de los riacuteos Siete y Chico y

014 y 024 mgL-1 para efluentes de dos plantas de beneficio respectivamente Despueacutes del cuarto diacutea de tratamiento por

rizofiltracioacuten la concentracioacuten de As ya presentaba valores bajo el liacutemite maacuteximo permisible establecido en la normativa

ambiental ecuatoriana (005 y 01 mgL-1) que corresponden al 80 de remocioacuten Asiacute mismo se determinoacute que maacutes del 70 del

As contenido en las especies se acumula en la raiacutez esto debido a la retencioacuten del metaloide en la pared celular como por la

complejacioacuten de las fitoquelatinas en la vacuola celular de la planta A partir de los resultados obtenidos a escala laboratorio se

realiza una prueba piloto en un humedal artificial con 5 L de muestras de efluente logrando una remocioacuten del 98 de As al

segundo diacutea de tratamiento la eficiencia del proceso se incrementoacute debido a la interaccioacuten del sistema radicular del pasto azul

con el sustrato del humedal

Palabras clave Arseacutenico rizofiltracioacuten cuerpos hiacutedricos efluentes liacutequidos remocioacuten

Abstract The present study evaluated the removal of As from water samples from two rivers and two effluents from gold

processing plants in the mining area of Camilo Ponce Enriquez through the treatment of rizofiltration with blue grass (dactylis

glomerata) This species was previously selected for its 96 As removal capacity in synthetic solutions For the study

concentrations of As of 012 and 027 mgL-1 were used for samples of the Siete and Chico rivers and 014 and 024 mgL-1 for

effluents of two gold processing plants respectively After the fourth day of treatment by rizofiltration the concentration of As

already had values below the maximum permissible limit established in the Ecuadorian environmental regulations (005 and 01

mgL-1) that correspond to 80 removal Likewise it was determined that more than 70 of the As contained in the species

accumulates in the root this due to the retention of the metalloid in wall cell as well as the complexation of the phytochelatins

in the cellular vacuole of the plant From the results obtained at the laboratory scale a pilot test is carried out in an artificial

wetland with 5 L of effluent samples achieving a 98 removal of As on the second day of treatment the efficiency of the

process was increased due to the interaction of the root of the blue grass with the wetland substrate

Keywords Arsenic rhizofiltration rivers liquid effluents removal

1 INTRODUCCIOacuteN

En Ecuador tanto la extraccioacuten como el procesamiento de oro

se han desarrollado principalmente a escala artesanal y de

pequentildea mineriacutea ambos caracterizados por un escaso nivel de

tecnificacioacuten y la insuficiente participacioacuten de personal

capacitado Esta situacioacuten ha provocado entre otros

problemas la inadecuada gestioacuten de los recursos naturales el

incremento de riesgos geoloacutegicos la deficiencia de sistemas

de seguridad y salud ocupacional ademaacutes de la contaminacioacuten

del agua suelo y aire (Cumbal et al 2014)

Esta problemaacutetica se hace maacutes evidente en las provincias de

Azuay El Oro y Zamora Chinchipe especiacuteficamente en los

distritos mineros de Nambija Portovelo-Zaruma y Camilo

Ponce Enriacutequez (Ministerio de Mineriacutea 2016) En estas zonas

los minerales auriacuteferos que contienen cantidades importantes

(gt 15) de sulfuros como pirita pirrotina arsenopirita y

calcopirita (De la Torre y Diacuteaz 2000) se procesan en molinos

chilenos (trapiches) se concentran gravimeacutetricamente y el oro

grueso presente se recupera por amalgamacioacuten con mercurio

esto a pesar de la prohibicioacuten establecida en la Reforma de la

Ley de Mineriacutea del antildeo 2013 El oro fino del material residual

se recupera por cianuracioacuten y este proceso genera grandes

voluacutemenes de efluentes que contienen concentraciones

elevadas de metales como As Cu y Hg

Los efluentes generados en estos procesos metaluacutergicos son

considerados desechos peligrosos sin embargo en muchos

casos debido a una inadecuada gestioacuten ambiental y ubicacioacuten

geograacutefica estos son depositados cerca de pendientes y riacuteos

(Appleton et al 2001) Las descargas al ambiente sin ninguacuten

tratamiento previo de efluentes que contienen metales pesados

disueltos y otras sustancias quiacutemicas ha generado que la mayor

Remocioacuten de Arseacutenico de Efluentes Liacutequidos de Plantas de Beneficio de Oro y Cuerpos Hiacutedricos de la Zona Minera de Ponce Enriacutequez por Rizofiltracioacuten con Pasto Azul (dactylis glomerata)

afectacioacuten ambiental se concentre en los cuerpos hiacutedricos de

las aacutereas cercanas a la explotacioacuten minera (Jimeacutenez et al

2016 Tarras et al 2001 Cumbal et al 2014) Esta situacioacuten

representa un riesgo potencial para el ambiente los habitantes

de estas zonas asiacute como a la agricultura y acuacultura

(PRODEMINCA 1998)

En este contexto los metales pesados presentes tanto en los

efluentes liacutequidos como en los relaves generados en los

procesos de extraccioacuten auriacutefera constituyen un riesgo latente

debido a su peligrosidad ya que al no ser ni quiacutemica ni

bioloacutegicamente degradables pueden permanecer cientos de

antildeos en el ambiente y provocar la degradacioacuten de los cuerpos

hiacutedricos (Tarras et al 2001)

La preocupacioacuten que ha generado este tema ha llevado a que

se realice monitoreos de la calidad de agua de los tres

principales distritos mineros del Ecuador realizados por

PRODEMINCA (1998) Appleton et al (2001) asiacute como

INIGEMM (2014) En estos estudios se determinoacute que la

concentracioacuten de As en los riacuteos de la zona de Camilo Ponce

Enriacutequez es superior a la de los ubicados en Zaruma Portovelo

y Nambija conforme se detalla en la Tabla 1

Se ha determinado que los cuerpos hiacutedricos del distrito minero

de Camilo Ponce Enriacutequez presentan valores promedio de As

20 veces superiores a los liacutemites maacuteximos permisibles

establecidos por la normativa ambiental para la preservacioacuten

de la vida acuaacutetica y silvestre en agua dulce (005 mg L-1) y

64 veces maacutes que la concentracioacuten miacutenima recomendada por

la Organizacioacuten Mundial de la Salud (10 ug L-1)

Tabla 1 Resultados del monitoreo de la concentracioacuten de As en los cuerpos hiacutedricos de los 3 principales distritos mineros

Distrito minero Zona de muestreo As (mgL-1)

Camilo Ponce

Enriacutequez

Riacuteo Chico-Riacuteo Gala(3) 282

Quebrada Jaboacuten(2) 0893

Riacuteo Siete(3) 0785

Riacuteo Chico(2) 0051

Riacuteo Siete (valor maacuteximo)(1) 047

Quebrada Cantildea Quemada(3) 0044

Riacuteo Guanache(2) 0036

Ex Camp Militar Saraguro(2)

0027

Riacuteo Tenguel(2) 0003

Zaruma -

Portovelo

Riacuteo Calera(3) 1983

Riacuteo Calera AJ Amarillo(2) 052

Riacuteo Amarillo AJ Pindo(2) 0343

Riacuteo Amarillo(2) 0302

Riacuteo Pindo(3) 0051

Riacuteo Amarillo(3) 0001

Riacuteo Calera y Amarillo(1) ND

Nambija

Quebrada Calixto(3) 0026 Quebrada Nambija(2) 0016

Quebrada Cambana(3) 0009

Quebrada Calixto(2) 0003 Riacuteo Nambija(3) 0003

Las Orquiacutedeas(2) 0002

Riacuteo Nambija(1) ND Quebrada Campanas(2) ND

Quebrada Cumay(2) ND

Liacutemite maacuteximo permisible As (mg L-1)(4) 005

Fuente (1) (Appleton et al 2001) (2) (INIGEMM 2014) (3) (PRODEMINCA 1998) (4) Liacutemite Maacuteximo Permisible Anexo 1 Tabla 2

Criterio de Calidad Admisible para la preservacioacuten de la vida acuaacutetica y silvestre en agua dulce marinas y de estuario TULSMA 2015 ND no se

ha determinado valor

Por este motivo es de vital importancia que los efluentes

liacutequidos generados en las plantas de beneficio antes de su

descarga a los cuerpos hiacutedricos cuenten con un tratamiento

previo ya que la exposicioacuten prolongada a eacuteste metaloide

puede causar alteraciones en el sistema nervioso y circulatorio

asiacute como en la piel pudiendo llegar a provocar

hidroarsenicismo croacutenico regional endeacutemico (HACRE)

enfermedad que se atribuye al consumo de agua con alto

contenido de As durante un largo tiempo e incluso provocar

caacutencer de piel pulmoacuten vejiga entre otros (Minaverry amp

Caacuteceres 2016 Salido et al 2003 OMS 2018 Vithanage et

al 2017)

Actualmente existen varios estudios sobre la aplicacioacuten de

teacutecnicas de remediacioacuten para la remocioacuten de As en agua entre

las cuales se consideran procesos fiacutesicos quiacutemicos como son

adsorcioacuten intercambio de iones precipitacioacutenndashcoagulacioacuten

filtracioacuten de membrana tambieacuten se contemplan procesos

bioloacutegicos como tratamientos con microorganismos o bio

filtracioacuten asiacute como la fitorremediacioacuten (Jang et al 2005

Boglione R et al 2019 Mondal et al 2006 McCutcheon amp

Joslashrgensen 2008)

La fitorremediacioacuten es una alternativa sustentable y de bajo

costo para la rehabilitacioacuten de ambientes afectados por

contaminantes naturales y antropogeacutenicos y es especialmente

uacutetil para el tratamiento de metales pesados (Delgadillo et al

2011 Gonzales 2014 Covarrubias amp Pentildea 2016 Tiwari

2019) ya que aprovecha la capacidad de especies vegetales

para extraer acumular inmovilizar y transformar los

contaminantes del agua (Rahman amp Hasegawa 2011) Las

plantas empleadas son capaces de retener altas

concentraciones de metales toacutexicos en sus raiacuteces brotes y

hojas (Tangahu et al 2011) por lo que se las ha definido

como un sistema de bombeo y filtracioacuten impulsado por energiacutea

solar que actuacutean como acumuladores que sobreviven a pesar

de concentrar contaminantes en sus tejidos eacutestos los

biodegradan o bio-transforman en formas inertes

(Cunningham et al 1993)

Existen especies vegetales que son maacutes eficaces para absorber

diferentes tipos de metales como el Pb Zn Cu Co Cr As y

varios radionucleiacutedos Los cambios maacutes importantes que se

aprecian en las plantas empleadas en estos tratamientos son

morfoloacutegicos y de deficiencia de crecimiento eacutestos dependen

del tipo de especie utilizada en el tratamiento (Raskin et al

1997 Yadav et al 2011 Ali et al 2013)

Las teacutecnicas de fitorremediacioacuten tienen varias ventajas ya que

las plantas pueden prosperar en ambientes altamente toacutexicos

debido a que requieren poco cuidado ademaacutes de generar gran

cantidad de biomasa rica en metales que una vez finalizado el

tratamiento pueden reciclarse pero tambieacuten se enfrentan a

desafiacuteos como la baja reproduccioacuten de las especies en medios

menos controlados y la concentracioacuten excesiva de metales

pesados que limita la remocioacuten de los mismos (McIntyre T

2003 Ali et al 2013)

Una de las teacutecnicas de fitorremediacioacuten maacutes aplicada en medio

acuaacutetico es la rizofiltracioacuten donde las raiacuteces absorben

concentran y precipitan los metales pesados presentes en aguas

Remocioacuten de Arseacutenico de Efluentes Liacutequidos de Plantas de Beneficio de Oro y Cuerpos Hiacutedricos de la Zona Minera de Ponce Enriacutequez por Rizofiltracioacuten con Pasto Azul (dactylis glomerata)

residuales este proceso incluye el transporte de contaminantes

metaacutelicos hacia la superficie de la raiacutez absorbente asiacute como la

absorcioacuten del metal a traveacutes de las membranas de las ceacutelulas

de la raiacutez hacia la biomasa siendo importante las interacciones

entre planta-agua a fin de controlar la recuperacioacuten de

contaminantes especiacuteficos de los cuerpos hiacutedricos

(Dushenkov et al 1995 Yadav et al 2011 Verma et al

2006)

Las plantas maacutes efectivas para este tipo de fitoremediacioacuten

son las especies terrestres que crecen en medios hidropoacutenicos

cuyas raiacuteces deben ser de raacutepido crecimiento con la capacidad

de eliminar metales toacutexicos durante largos periacuteodos de tiempo

de exposicioacuten (Raskyn et al 1997 Khilji amp Bareen 2008)

La rizofiltracioacuten presenta varias ventajas como depurar varios

metales tratar grandes voluacutemenes de efluentes menor

necesidad de productos quiacutemicos toacutexicos reduccioacuten del

volumen de residuos secundarios reciclaje y efectividad en el

cumplimiento de la normativa ambiental (Raskyn et al 1997

Dushenkov et al 1995 Padmavathiamma et al 2007 Yadav

et al 2011)

Ejemplos exitosos del uso de esta teacutecnica son los humedales

artificiales camas de cantildea y sistemas de planta flotante para el

tratamiento de algunos tipos de aguas residuales en este caso

los metales se acumulan mayoritariamente en las raiacuteces de las

plantas empleadas Trabajos realizados por Lintildeaacuten (2016)

Flores (2017) y Barreto (2019) lograron obtener valores de

remocioacuten de As en soluciones sinteacuteticas de 22 50 98

96 empleando especies como la Quinuilla (Chenopodium

aacutelbum) cebolla Allium cepa Jacinto de agua (Eichhornia

crassipes) Pasto Azul (Dactylis glomerata) respectivamente

Hasta ahora en el Ecuador no se evidencia la aplicacioacuten de

sistemas de remediacioacuten de aguas contaminadas por As en

zonas mineras La presente investigacioacuten tiene como objetivo

principal evaluar la capacidad de remocioacuten de este metal de

efluentes liacutequidos de plantas de beneficio y de cuerpos hiacutedricos

ubicados en el distrito Minero de Camilo Ponce Enriacutequez

En este trabajo se emplearaacute la rizofiltracioacuten con pasto azul

(Dactylis glomerata) para absorber acumular estabilizar o

reducir el As presente en efluentes liacutequidos de dos plantas de

beneficio y dos cuerpos hiacutedricos del distrito minero en

referencia El tratamiento se aplicaraacute hasta alcanzar niveles de

As inferiores a los liacutemites maacuteximos permisibles establecidos

en la normativa ambiental ecuatoriana tanto a escala

laboratorio como piloto A partir de los resultados obtenidos

se espera motivar la aplicacioacuten del proceso por parte de las

empresas mineras de la zona como un tratamiento no

convencional que mejorariacutea la gestioacuten ambiental de sus

actividades

2 METODOLOGIacuteA

21 Caracterizacioacuten de las muestras de estudio

211 Seleccioacuten de la zona de estudio

Con base en la informacioacuten existente sobre los monitoreos de

calidad de agua de los riacuteos en los principales distritos mineros

del sur de Ecuador realizadas por PRODEMINCA (1998)

Appleton et al (2001) asiacute como por el INIGEMM (2014) se

seleccionoacute como aacuterea de estudio el distrito de Camilo Ponce

Enriacutequez

En esta zona se identificaron dos cuerpos hiacutedricos (riacuteo Siete y

riacuteo Chico) que presentaban concentraciones elevadas de As

que son superiores a 005 mg L-1 liacutemite maacuteximo permisible

establecido en la normativa ambiental ecuatoriana Anexo 1

Tabla 2 (Ministerio del Ambiente 2015)

Ademaacutes se identificaron dos plantas de beneficio ubicadas en

la zona de influencia de los cuerpos hiacutedricos seleccionados

cuyos efluentes liacutequidos presentaron concentraciones de As

superiores a 01 mgL-1 que corresponde al liacutemite maacuteximo

permisible establecido en el Anexo 1 Tabla 9 (Ministerio del

Ambiente 2015)

212 Toma de muestras de efluentes liacutequidos y cuerpos

hiacutedricos del distrito minero Camilo Ponce Enriacutequez

Con la identificacioacuten de los cuerpos hiacutedricos y plantas de

beneficio ubicados en el distrito minero de Camilo Ponce

Enriacutequez se procedioacute con un muestreo puntual para lo cual se

empleoacute el meacutetodo establecido en la Norma Teacutecnica INEN

2176 (Instituto Ecuatoriano de Normalizacioacuten 2013)

Las muestras fueron transportadas en un cajoacuten refrigerado por

viacutea terrestre al laboratorio del Departamento de Metalurgia

Extractiva (DEMEX) donde se realizaron los respectivos

anaacutelisis para la caracterizacioacuten fiacutesico ndash quiacutemica a fin de

determinar las condiciones iniciales previo a la aplicacioacuten del

proceso de rizofiltracioacuten como alternativa de depuracioacuten

213 Caracterizacioacuten de las muestras bajo estudio

La caracterizacioacuten quiacutemica de las muestras se realiza

empleando un equipo de absorcioacuten atoacutemica (AAnalyst 300

PERKIN ELMER) y un ICP-OES (PERKIN ELMER Optima

8000) para determinar la concentracioacuten inicial de Cu Cd Pb

Fe Zn Hg y principalmente As Ademaacutes se midioacute el pH de

las muestras y los soacutelidos suspendidos presentes

Se consideraron estos paraacutemetros ya que los mismos cuentan

con liacutemites maacuteximos permisibles establecidos en la normativa

ambiental vigente y que tienen incidencia en los criterios de

calidad para tratamiento de aguas afectadas por actividades

mineras (Quishpe 2010)

22 Desarrollo de cultivos hidropoacutenicos de plantas para

rizofiltracioacuten

221 Seleccioacuten de especie con mayor capacidad de

absorcioacuten de As en medio acuoso

Para la seleccioacuten de la especie con mayor porcentaje de

absorcioacuten de As se realizaron ensayos con plantas de jacinto

de agua (eichhornia crassipes) pasto azul (poa pratensis) y

helecho acuaacutetico miniatura (azolla) las cuales se desarrollaron

en cultivos hidropoacutenicos (Barreto 2019)

Remocioacuten de Arseacutenico de Efluentes Liacutequidos de Plantas de Beneficio de Oro y Cuerpos Hiacutedricos de la Zona Minera de Ponce Enriacutequez por Rizofiltracioacuten con Pasto Azul (dactylis glomerata)

Las especies seleccionadas fueron separadas en tres grupos de

10 plantas y cada una de ellas se colocoacute en contacto con

400 mL de soluciones sinteacuteticas de As de 0154 mgL-1

0375 mgL-1 y 0847 mgL-1 durante 15 diacuteas Durante este

periodo se llevoacute un registro del pH de las soluciones asiacute como

del marchitamiento mortalidad y coloracioacuten de las plantas

Los diacuteas 1 2 3 6 7 8 9 y 15 del ensayo se tomaron aliacutecuotas

de 10 mL para el anaacutelisis de la concentracioacuten de As en el ICP-

OES Se determinoacute el porcentaje de absorcioacuten del metal

pesado por las plantas con base en la diferencia entre la

concentracioacuten inicial y final de este metaloide en solucioacuten

ademaacutes se consideroacute la peacuterdida de volumen de muestra debido

a la evaporacioacuten y absorcioacuten propia de las plantas

En funcioacuten de los resultados obtenidos se seleccionoacute la especie

que presentoacute el mayor porcentaje de absorcioacuten de As en

soluciones sinteacuteticas para su posterior aplicacioacuten en ensayos

de depuracioacuten de aguas de riacuteo y efluentes de la zona de Camilo

Ponce Enriacutequez

222 Desarrollo de cultivos hidropoacutenicos de pasto azul

(dactylis glomerata)

Se implementaron semilleros hidropoacutenicos empleando como

sustrato espuma de poliuretano en cubos de 25 cm por arista

Cada cubo se humedecioacute con agua destilada previo a colocar

3 a 4 semillas de pasto azul (dactylis glomerata) con el fin de

facilitar la germinacioacuten (Quishpe 2010)

Los cubos con las semillas se colocaron en recipientes

(semilleros) que se cubrieron con agua destilada y se dejaron

reposar por 24 horas para que el sustrato capte toda la

humedad necesaria para favorecer la germinacioacuten

Transcurrido ese periodo se evacuoacute el exceso de agua para que

prosiga el proceso Durante esta etapa se realizoacute una

depuracioacuten de las plaacutentulas que no germinaron

Las primeras plaacutentulas germinadas fueron trasladadas a

bandejas con solucioacuten nutritiva que provee los nutrientes

necesarios para su adecuado desarrollo (INTAGRI 2017)

Esta solucioacuten fue elaborada a partir de macronutrientes como

fosfato di aacutecido de potasio (KH2PO4) nitrato de potasio

(KNO3) nitrato de calcio tetra hidratado [Ca(NO3)24H2O]

sulfato de magnesio hepta hidratado (MgSO47H2O) y

micronutrientes como EDTA de hierro (Fe) sulfato

manganoso hidratado (MnSO4 H2O) aacutecido boacuterico (H3BO3)

sulfato cuacuteprico penta hidratado (CuSO45H2O) molibdato de

amonio tetra hidratado [(NH4)6Mo7O24H2O] sulfato de zinc

hepta hidratado (ZnSO47H2O) cuya composicioacuten se presenta

en la Ficha Teacutecnica III Las plaacutentulas permanecen en las

bandejas hasta alcanzar una longitud de 10 a 12 cm

Las plantas ya desarrolladas fueron trasladas a un sistema

hidropoacutenico vertical NFT (Nutrient Film Technique) que estaacute

compuesto de a) Canales para cultivo hidropoacutenico (tubos PVC

de 3 m de largo y 01 m de diaacutemetro) b) Estructura de madera

(1 m de base 24 de largo y 21 de alto) y c) Sistema de

bombeo y alimentacioacuten (red de distribucioacuten bomba y tanque

de alimentacioacuten) conforme a la Figura 1 Ademaacutes en los

canales para el cultivo hidropoacutenico las plantas se colocaron

con una separacioacuten de 5 cm entre cada una de ellas

Figura 1 Esquema sistema hidropoacutenico vertical NFT

(Nutrient Film Technique)

Durante el proceso de crecimiento de las plantas de pasto azul

se controloacute su longitud la presencia de plagas y la mortalidad

de las mismas Las plantas permanecieron de 4 a 5 meses

dentro de este sistema hasta que presentaron longitudes

promedio de 60 cm en hojas y 12 cm en raiacutez previo a ser

empleadas en el tratamiento de rizofiltracioacuten de las muestras

de efluentes y cuerpos hiacutedricos (Barreto 2019)

23 Remocioacuten de As de efluentes liacutequidos de plantas de

beneficio y cuerpos hiacutedricos por rizofiltracioacuten con pasto

azul a escala laboratorio

Las muestras de efluentes liacutequidos de dos plantas de beneficio

y dos cuerpos hiacutedricos del distrito minero de Camilo Ponce

Enriacutequez que presentaron concentraciones de As superiores a

los liacutemites maacuteximos permisibles establecidos en la normativa

ambiental se trataron por rizofiltracioacuten con pasto azul

desarrollado por medios hidropoacutenicos (4 y 5 meses)

Para la depuracioacuten de los efluentes y el agua de los cuerpos

hiacutedricos a escala laboratorio se emplearon en cada caso

5000 mL de muestra que se colocaron en contacto con plantas

de pasto azul de 4 meses de crecimiento a las cuales se les

midioacute previamente la longitud de la raiacutez y las hojas conforme

a la Figura 2

Durante el tratamiento con una periodicidad de 48 horas se

tomaron aliacutecuotas de 30 mL de muestras de efluentes y aguas

para determinar la concentracioacuten de As remanente en las

soluciones empleando ICP-OES

El proceso de depuracioacuten de As por rizofiltracioacuten para los

efluentes de las plantas de beneficio de oro finalizoacute una vez

que la solucioacuten residual alcanzoacute concentraciones menores a

01 mgL-1 y 005 mg L-1 para las aguas de los cuerpos

hiacutedricos En ambos casos los porcentajes de remocioacuten del

metaloide fueron superiores al 90

Se realizoacute otro ensayo de rizofiltracioacuten para ello se incrementoacute

el tiempo de crecimiento de las especies de pasto azul de 4 a 5

meses a fin de determinar coacutemo variacutea este paraacutemetro en la

absorcioacuten de As y se procedioacute con el tratamiento antes

detallado Para este tratamiento se redujo el nuacutemero de plantas

a 10 especies y se empleoacute 3000 mL de muestra de agua para

cuerpos hiacutedricos y 5000 mL para efluentes liacutequidos de plantas

de beneficio

Remocioacuten de Arseacutenico de Efluentes Liacutequidos de Plantas de Beneficio de Oro y Cuerpos Hiacutedricos de la Zona Minera de Ponce Enriacutequez por Rizofiltracioacuten con Pasto Azul (dactylis glomerata)

Figura 2 Tratamiento de rizofiltracioacuten con pasto azul (dactylis glomerata)

Durante todos los ensayos a escala laboratorio se determinaron

porcentajes de mortalidad marchitamiento y tamantildeo de hojas

con el fin de establecer el grado de afectacioacuten de la absorcioacuten

de As en el desarrollo de la planta y su eficiencia en el

tratamiento

Una vez finalizados los diferentes tratamientos por

rizofiltracioacuten con pasto azul se determinoacute la concentracioacuten de

As presente en las hojas y la raiacutez de las plantas empleadas

durante el proceso Con este fin las plantas se secaron a

temperatura ambiente por dos semanas y se llevaron

separadamente a disgregacioacuten con aacutecido niacutetrico (65) Las

soluciones obtenidas se llevaron a anaacutelisis de la concentracioacuten

de As en ICP-OES Esto con el fin de determinar en queacute

seccioacuten de la planta se alojaba la mayor cantidad del metaloide

Con todos los datos obtenidos se realizoacute un anaacutelisis estadiacutestico

del comportamiento de cada ensayo para ello se aplicaraacute el

meacutetodo de varianza global (ADEVA o ANOVA)

24 Remocioacuten de As de efluentes liacutequidos de plantas de

beneficio por rizofiltracioacuten con pasto azul a escala piloto

Para la aplicacioacuten del tratamiento de depuracioacuten por

rizofiltracioacuten a escala piloto se instaloacute un sistema de

humedales artificiales de 20 L por diacutea de capacidad El

esquema de la instalacioacuten piloto se ilustra en la Figura 3 y fue

desarrollado de acuerdo a lo sugerido por Guanoluisa (2012)

El sistema estuvo compuesto por una estructura metaacutelica de

acero al carbono recubierto con pintura anticorrosiva con una

pendiente de 007 m que conteniacutea 2 recipientes tipo caja de

polipropileno comercial con sustrato inerte (34 cm de altura)

Dicho sustrato tuvo una primera capa de 9 cm de grava (2 a

4 cm) seguido de 9 cm de grava (lt 2 cm) y finalmente 16 cm

de una mezcla de grava y piedra poacutemez (lt 2 cm)

El sustrato fue lavado y desinfectado previamente con una

solucioacuten de cloro y se dejoacute secar al ambiente durante 1 diacutea En

eacuteste se colocaron 15 plantas de pasto azul de 6 meses de

crecimiento hidropoacutenico Se registroacute la longitud de la raiacutez y

hojas se adicionoacute solucioacuten nutritiva la misma que fue

recirculada por 5 diacuteas En este periodo de tiempo las plantas se

acondicionaron para tratamiento posterior

Figura 3 Esquema de humedales artificiales con pasto azul

(Modificado de Guanoluisa 2012)

Para la depuracioacuten por rizofiltracioacuten se emplearon 5 L de

efluentes liacutequidos de planta de beneficio de oro La

caracterizacioacuten de cada muestra se realizoacute conforme al

numeral 213 La muestra se colocoacute en el tanque de

alimentacioacuten desde el cual se bombeoacute hacia el humedal

superior (humedal 1) una vez terminado el bombeo se dejoacute en

contacto con las plantas durante 24 horas posterior a ello se

descargoacute la solucioacuten al segundo humedal (humedal 2) en el

cual se tuvo un tiempo de retencioacuten de 24 horas

Al finalizar el tiempo de tratamiento de cada efluente se

tomaron muestras de 30 mL de las soluciones de salida del

humedal 2 para el respectivo anaacutelisis del contenido de As

residual por medio del equipo ICP-OES Con los resultados

obtenidos se estableceraacute el porcentaje de absorcioacuten del

metaloide y la eficiencia de depuracioacuten del proceso

3 RESULTADOS Y DISCUSIOacuteN

Con base en los resultados del monitoreo de cuerpos hiacutedricos

realizado en los tres distritos mineros del sur del Ecuador se

seleccionoacute como zona de estudio el distrito de Camilo Ponce

Enriacutequez ya que presentaba las mayores concentraciones de

As seguacuten los estudios mencionados en la Seccioacuten 211

Con estos antecedentes se identificaron a los riacuteos Siete y Chico

como los cuerpos hiacutedricos a emplear en el presente trabajo

pues ambos superaban en promedio 20 veces el liacutemite maacuteximo

permisible establecido en la Tabla 2 del Anexo del Texto

Unificado de Legislacioacuten Secundaria del Ministerio del

Ambiente conforme se presenta en la Tabla 2

Tabla 2 Resultados de monitoreo de calidad de agua en cuerpos hiacutedricos del

Distrito Minero de Camilo Ponce Enriacutequez

Cuerpo Hiacutedrico

Concentracioacuten de As (mgL-1)

PRODEMINCA

1998

INIGEMM

2014

Appleton et al

2001

Riacuteo Siete 0785 0893 047

Riacuteo Chico 282 0051 ---

LMP(1) 005

(1) Liacutemite Maacuteximo Permisible Anexo 1 Tabla 2 Criterio de Calidad

Admisible para la preservacioacuten de la vida acuaacutetica y silvestre en agua dulce marinas y de estuario TULSMA

Remocioacuten de Arseacutenico de Efluentes Liacutequidos de Plantas de Beneficio de Oro y Cuerpos Hiacutedricos de la Zona Minera de Ponce Enriacutequez por Rizofiltracioacuten con Pasto Azul (dactylis glomerata)

Adicionalmente para la seleccioacuten de la zona de estudio se

consideroacute la informacioacuten del Catastro Minero (ARCOM

2019) se determinoacute que en el distrito Camilo Ponce Enriacutequez

se ubican 25 concesiones mineras y 38 plantas de beneficio de

las cuales maacutes del 95 no estaacuten regularizados ambientalmente

para la ejecucioacuten de sus labores mineras por lo que estas no

cuentan con las medidas ambientales necesarias para cumplir

con los requerimientos establecidos por la Maacutexima Autoridad

Ambiental en la gestioacuten de sus descargas Esta situacioacuten

afecta a la calidad de los cuerpos hiacutedricos que se ubican cerca

de estas actividades los mismos que aguas abajo son utilizados

para consumo humano y riego

Por esta razoacuten se identificaron dos plantas de beneficio

ubicadas en la zona de influencia de los cuerpos hiacutedricos

seleccionados cuyos efluentes liacutequidos presentaron

concentraciones de As superiores a 01 mgL-1 que

corresponde al liacutemite maacuteximo permisible establecido en el

Anexo 1 Tabla 9 (Ministerio del Ambiente 2015)

31 Georreferenciacioacuten de las muestras empleadas

Una vez seleccionados los dos riacuteos y las dos plantas de

beneficio se georreferenciaron los puntos objeto de estudio

para lo que se tomaron las coordenadas de cada uno de ellos

en el sistema WGS 84 ndash 17 Sur que se detalla en la Tabla 3

Se debe sentildealar que existe una distancia aproximada de 6 Km

en liacutenea recta desde el punto de muestreo del cuerpo hiacutedrico y

la planta de beneficio que se ubica sobre el mismo es decir

que el efluente liacutequido con el que se trabajaraacute contribuye con

carga contaminante al cuerpo hiacutedrico de estudio por lo que es

importante la aplicacioacuten de sistemas de tratamiento previo a su

descarga

32 Caracterizacioacuten de las muestras de cuerpos hiacutedricos y

efluentes de plantas de beneficio de oro

Una vez identificados los puntos de estudio se procedioacute con

un muestreo puntual de agua en cada uno de ellos para lo cual

se siguioacute los lineamientos de la Norma Teacutecnica INEN 2176

(Seccioacuten 212) Las muestras fueron caracterizadas a fin de

determinar la concentracioacuten inicial de metales como Cu Cd

Pb Fe Zn Hg y As ademaacutes se midioacute el pH factor importante

al momento de la remocioacuten del metal pesado de intereacutes

durante el proceso de rizofiltracioacuten los resultados se presentan

en la Tabla 4

Las muestras de agua superficial tomadas en los dos cuerpos

hiacutedricos y las dos muestras de efluentes liacutequidos de plantas de

beneficio presentan valores de As sobre los liacutemites maacuteximos

permisibles establecidos en la normativa ambiental

ecuatoriana manteniendo concordancia con los datos

presentados en la Tabla 2 del presente documento

Tabla 3 Coordenadas de los cuatro puntos de muestreo

Muestra Nomenclatura Coordenadas WGS 84-17S

Norte Este

Riacuteo Siete RS 636474 9661446 Riacuteo Chico CH 644996 9668296

Planta de beneficio 1 PB1 642260 9657706

Planta de beneficio 2 PB2 651264 9665731

Tabla 4 Caracterizacioacuten de muestras de cuerpos hiacutedricos y plantas de

beneficio

Paraacutemetro

analizadoss

Muestra

Riacuteo

Siete(1)

Riacuteo

Chico(1)

Planta de

Beneficio 1(2)

Planta de

Beneficio 2(2)

pH 780 835 787 840

Metales

(mgL-1)

As 012 027 014 024

Cu 001 001 028 533 Fe 002 lt001 009 010

Pb 008 002 003 001

Zn 001 lt001 002 002 Cd lt001 lt001 001 lt001

Hg 00002 00003 00004 00001

(1) Liacutemite Maacuteximo Permisible Anexo 1 Tabla 2 TULSMA (2) Liacutemite Maacuteximo Permisible Anexo 1 Tabla 9 TULSMA

La concentracioacuten de As del riacuteo Chico supera 5 veces al liacutemite

maacuteximo permisible establecido por la Autoridad Ambiental

Nacional siendo eacuteste el valor maacutes alto de las 4 muestras

analizadas Esto puede deberse a que en su parte superior

recibe una considerable aporte de la contaminacioacuten de las

actividades mineras de la zona de San Gerardo conforme a lo

sentildealado por PRODEMINCA (1998) donde se destaca que en

las descargas de efluentes el principal elemento presente es el

As un ejemplo de ello es la planta de beneficio 2 cuya

concentracioacuten de As es 024 mgL-1 que representa maacutes del

doble del liacutemite permisible que corresponde a 01 mg L-1

afectando la capacidad de autodepuracioacuten del cuerpo hiacutedrico

esta actividad se desarrolla a 6 Km del punto de toma de

muestra del riacuteo en referencia

33 Seleccioacuten de especie con mayor capacidad de absorcioacuten

de As en medio acuoso

Para la seleccioacuten de la especie maacutes adecuada para la remocioacuten

de As a traveacutes de rizofiltracioacuten se partioacute de los resultados

previos obtenidos por Barreto (2019) en los cuales se

consideraron 16 especies iniciales entre terrestres y acuaacuteticas

las mismas que fueron puestas por 48 horas en contacto con

una solucioacuten sinteacutetica de 45 mgL-1 de As a fin de determinar

la que presentaba mayor remocioacuten de eacuteste metaloide

En funcioacuten de los resultados obtenidos por Barreto (2019) se

seleccionaron tres especies dos acuaacuteticas (jacinto de agua y

helecho acuaacutetico miniatura) y una terrestre (pasto azul) que

fueron desarrollados por medios hidropoacutenicos y puestas en

contacto con soluciones sinteacuteticas de As de concentraciones de

0154 mgL-1 0375 mgL-1 y 0847 mgL-1 por 15 diacuteas

obteniendo los siguientes resultados

Se determinoacute que el jacinto de agua remueve el mayor

porcentaje de As de soluciones sinteacuteticas obteniendo un valor

maacuteximo de 98 al estar en contacto con una solucioacuten sinteacutetica

de 0154 mgL-1 de As sin embargo su tasa de mortalidad y

marchitamiento fue 76 y 78 respectivamente en cambio el

pasto azul para la misma concentracioacuten de As removioacute el 96

del metaloide con una mortalidad del 437 y 28 de

marchitamiento por lo que esta especie tuvo la mejor

adaptabilidad ya que no se vio afectado su desarrollo Esto

concuerda con los sentildealado por Raskyn et al (1997) respecto

a que las especies terrestres desarrolladas en medios

hidropoacutenicos son maacutes aptas para la remocioacuten de metales

pesados presentes en solucioacuten

Remocioacuten de Arseacutenico de Efluentes Liacutequidos de Plantas de Beneficio de Oro y Cuerpos Hiacutedricos de la Zona Minera de Ponce Enriacutequez por Rizofiltracioacuten con Pasto Azul (dactylis glomerata)

Tabla 5 Evaluacioacuten de remocioacuten de As de soluciones sinteacuteticas

Especie Remocioacuten As () Mortalidad

()

Marchita

() T-1(1) T-2(2) T-3(3

Jacinto agua 980 580 640 760 780

Pasto azul 960 570 700 473 280 Helecho 840 440 430 100 100

(1) T-1 Solucioacuten sinteacutetica 0154 mgL-1

(2) T-2 Solucioacuten sinteacutetica 0375 mgL-1 (3) T-3 Solucioacuten sinteacutetica 0847 mgL-1

Dushenkov et al (1995) sentildeala que las raiacuteces de las plantas

terrestres tienen una capacidad intriacutenseca para absorber y

precipitar metales pesados de soluciones y que los pastos

tienen la propiedad de regenerar su raiacutez siendo esto

beneficioso para emplearlos en procesos de rizofiltracioacuten Bajo

estos criterios se seleccionoacute a la especie de pasto azul como la

de mejores caracteriacutesticas para la aplicacioacuten del tratamiento de

rizofiltracioacuten en muestras de cuerpos hiacutedricos y efluentes

liacutequidos de plantas de beneficio con concentraciones de As

superiores a los liacutemites maacuteximos permisibles

34 Desarrollo de cultivos hidropoacutenicos de pasto azul

(dactylis glomerata)

Para el desarrollo de cultivos hidropoacutenicos de pasto azul se

emplearon 276 cubos de sustrato en los cuales se colocaron de

3 a 5 semillas de acuerdo a la metodologiacutea descrita en la

Seccioacuten 222 En eacutesta fase se obtuvo un 640 de germinacioacuten

a los 11 diacuteas de proceso Al final de este periodo las plaacutentulas

presentaron un promedio de crecimiento de 188 cm

Las semillas germinadas fueron colocadas en bandejas con

solucioacuten nutritiva de las cuales el 760 alcanzaron una

longitud de entre 10 a 12 cm posterior a ello se trasladaron al

sistema hidropoacutenico vertical NFT en esta etapa

permanecieron de 4 a 5 meses previo a ser empleadas en el

tratamiento de rizofiltracioacuten para lo cual alcanzaron

longitudes promedio de 60 cm en hojas y 12 cm en raiacutez

(Seccioacuten 222)

Durante el crecimiento de las plantas se controloacute la presencia

de plagas y mortalidad de las mismas para contrarrestar la

plaga de pulgoacuten verde que sufrieron al tercer mes de

crecimiento se empleoacute una insecticida natural que conteniacutea

ajo y agua (relacioacuten 19) con ello se eliminoacute el 80 de la plaga

en el plazo de 24 horas Adicionalmente se repitioacute el proceso

cada 2 diacuteas hasta obtener el 100 de depuracioacuten

Semanalmente se limpiaron las hojas marchitas de las plantas

a fin de que eacutestas se regeneren

35 Resultados de remocioacuten de As por rizofiltracioacuten

empleando pasto azul a escala laboratorio

351 Remocioacuten de As de muestras de agua superficial de

dos cuerpos hiacutedricos

Con base en los resultados de la caracterizacioacuten de las

muestras de agua superficial de los riacuteos Chico y Siete cuya

concentracioacuten de As sobrepasaba el liacutemite maacuteximo permisible

de 005 (mgL-1) y considerando los resultados presentados en

la Tabla 5 donde se verificoacute que el pasto azul (dactylis

glomerata) presentaba porcentajes de remocioacuten de As

superiores al 50 con una mortalidad del 473 se procedioacute

directamente a la aplicacioacuten del tratamiento de rizofiltracioacuten

para las muestras de agua

Las plantas empleadas en los tratamientos se desarrollaron en

cultivos hidropoacutenicos con solucioacuten nutritiva a fin de que la

raiacutez de la especie vegetal se adapte al medio acuoso de

acuerdo a lo detallado en la Seccioacuten 222

Para la muestra de agua del riacuteo Siete se realizoacute dos

tratamientos en el primero se empleoacute 15 plantas de pasto azul

con 4 meses de crecimiento cuyas dimensiones promedio

fueron 5327 cm hojas y 1147 cm raiacutez Para el segundo

tratamiento se redujo el nuacutemero de especies a 10 plantas con

un tiempo de crecimiento de 5 meses y longitudes promedio

de 136 cm y 609 cm para raiacutez y hojas respectivamente

Conforme a los resultados sentildealados en la Tabla 6 para el

Tratamiento 1 al cuarto diacutea ya se contoacute con concentraciones

de As inferiores al liacutemite maacuteximo permisible de 005 mgL-1

establecido en la normativa ambiental aplicable para la

preservacioacuten de los cuerpos hiacutedricos Desde el diacutea quinto hasta

el deacutecimo tercer diacutea la reduccioacuten de la concentracioacuten del

metaloide se mantiene constante y al deacutecimo cuarto diacutea la

concentracioacuten de As se ubica bajo el liacutemite recomendable por

la Organizacioacuten Mundial de la Salud de 001 mgL-1

alcanzando su maacuteximo porcentaje de remocioacuten el deacutecimo

quinto diacutea de tratamiento con un 972 y una tasa de

marchitamiento del 80

El tratamiento se podriacutea aplicar hasta el cuarto diacutea tiempo en

el cual las plantas presentan una mortalidad del 40 con una

remocioacuten del 716 A partir de ese tiempo las especies

vegetales empiezan a perder su capacidad de tolerancia al As

esto puede deberse a que las fitoquelatinas que son peacuteptidos

que permiten la quelacioacuten o precipitacioacuten de los metales

pesados dentro de las vacuolas celulares y con ello evitar dantildeo

celular de las plantas estaacuten perdiendo su capacidad de

asociacioacuten con los metales lo que disminuye su remocioacuten

(Schat 2002 Yadav 2010)

En el ensayo de rizofiltracioacuten del Tratamiento 2 se puede

observar que al segundo diacutea de tratamiento ya se tienen

concentraciones menores al liacutemite maacuteximo permisible con un

porcentaje de remocioacuten del 737 Ademaacutes las plantas

presentaron un marchitamiento del 20 por lo que al emplear

especies maacutes maduras se puede tanto obtener mejores

resultados en menor tiempo como regenerar las especies para

aplicarlas en otros tratamientos ya que eacutestas se han adaptado

a la concentracioacuten de As Cabe sentildealar que las especies

utilizadas en este tratamiento presentaron un sistema radicular

maacutes desarrollado en comparacioacuten con las plantas del

tratamiento anterior

Al respecto en el estudio de Vaacutesquez et al (2009) se

establecioacute que las plantas han desarrollado varios mecanismos

para controlar la homeostasis de elementos esenciales y

soportar el estreacutes generado por elementos toacutexicos lo que le

permite adaptarse a ellos por lo que los altos porcentajes de

remocioacuten de As pueden atribuirse a que la planta asimiloacute a este

metaloide como un nutriente

Remocioacuten de Arseacutenico de Efluentes Liacutequidos de Plantas de Beneficio de Oro y Cuerpos Hiacutedricos de la Zona Minera de Ponce Enriacutequez por Rizofiltracioacuten con Pasto Azul (dactylis glomerata)

Tabla 6 Remocioacuten de As de muestras del riacuteo Siete empleando rizofiltracioacuten

con pasto azul Tratamiento 1(2) Tratamiento 2(3)

Diacutea de

tratamiento

Concentracioacuten

As solucioacuten

(mgL-1)

Diacutea de

tratamiento

Concentracioacuten

As solucioacuten

(mgL-1)

LMP(1) 005 LMP(1 005

0 0120 0 0120

1 0050 1 0061 4 0038 2 0032

5 0034 5 0014

7 0024 6 0006 15 0006 7 0001

(1) Liacutemite Maacuteximo Permisible Anexo 1 Tabla 2 TULSMA

(2) Tratamiento 1 5000 mL de muestra 15 plantas y 4 meses de crecimiento (3) Tratamiento 2 3000 mL de muestra 10 plantas y 5 meses de crecimiento

De acuerdo a Meharg A (2005) y Rangel et al (2015) el As

en forma de arseniato (As+5) puede sustituir al fosfato que es

considerado como un macronutriente de la solucioacuten nutritiva

en la cual se desarrollaron las plantas pues posee una

estructura anaacuteloga y por consiguiente puede entrar a las

ceacutelulas a traveacutes del sistema de transporte del fosfato

Para la muestra de agua del riacuteo Chico se partioacute de una

concentracioacuten de As de 027 mgL-1 y se tratoacute 5000 mL por

rizofiltracioacuten con 15 plantas de pasto azul de 4 meses de

crecimiento hidropoacutenico con dimensiones de 6260 cm y 1273

cm de longitud de hojas y raiacutez respectivamente De los

resultados obtenidos se determinoacute que al seacuteptimo diacutea la

concentracioacuten de As se encontroacute bajo el liacutemite maacuteximo

permisible tiempo que es superior en 3 diacuteas a los resultados

obtenidos en los tratamientos con las muestras del riacuteo Siete que

presentoacute una concentracioacuten inicial de As menor a la del riacuteo

Chico por lo que al octavo diacutea se finalizoacute el tratamiento y se

alcanzoacute una maacutexima remocioacuten de 974 con una mortalidad

del 70

Con estos resultados se realizoacute otro ensayo de rizofiltracioacuten

que corresponde al Tratamiento 2 en el que se redujo el

nuacutemero de plantas y el volumen de muestra de 5000 mL a

3000 mL a fin de determinar la influencia de estos factores en

la absorcioacuten de As En este caso se emplearon 10 plantas de

pasto azul con 5 meses de crecimiento cuyas dimensiones

fueron 1250 cm y 5180 cm de para raiacutez y hojas

respectivamente En la Tabla 7 se muestra que al sexto diacutea de

tratamiento presentaron valores bajo al liacutemite maacuteximo

permisible lo que puede deberse a que el sistema radicular de

estas especies estuvo maacutes desarrollado favoreciendo la

absorcioacuten del As ya que al seacuteptimo se alcanzoacute el 999 de

remocioacuten con un 200 de mortalidad

Tabla 7 Remocioacuten de As de muestras del riacuteo Chico empleando

rizofiltracioacuten con pasto azul Tratamiento 1(2) Tratamiento 2(3)

Diacutea de

tratamiento Concentracioacuten As

solucioacuten (mgL-1) Diacutea de

tratamiento Concentracioacuten As

solucioacuten (mgL-1)

LMP(1) 005 LMP(1) 005

0 0270 0 0270

1 0206 1 0204 2 0094 2 0185

6 0051 5 0090

7 0026 6 0037

8 0007 7 0001

(1) Liacutemite Maacuteximo Permisible Anexo 1 Tabla 2 TULSMA

(2) Tratamiento 1 5000 mL de muestra 15 plantas y 4 meses de crecimiento (3) Tratamiento 2 3000 mL de muestra 10 plantas y 5 meses de crecimiento

Figura 4 Remocioacuten de As en funcioacuten de la concentracioacuten inicial

Para determinar coacutemo afecta la concentracioacuten de As en la

remocioacuten de este metal a traveacutes de rizofiltracioacuten se realizoacute una

comparacioacuten entre los resultados del Tratamiento 1 de las 2

muestras de agua de los cuerpos hiacutedricos del Distrito Minero

Camilo Ponce Enriacutequez Los resultados obtenidos se muestran

en la Figura 4 en esta comparacioacuten se puede observar que a

menor concentracioacuten de As se llega en menor tiempo a valores

bajo los liacutemites permisibles La muestra del riacuteo Siete al primer

diacutea de tratamiento alcanza este valor mientras que la muestra

del riacuteo Chico lo alcanza al sexto diacutea

Para el seacuteptimo diacutea las dos muestras de estudio alcanzaron el

mismo rango de concentracioacuten de As que es inferior al liacutemite

maacuteximo permisibles establecido en la normativa ambiental

Asiacute mismo se puede observar que las plantas una vez que

absorben maacutes del 50 empiezan a reducir su capacidad de

absorcioacuten lo que puede atribuirse a que la planta estaacute

saturaacutendose ya no reconoce al As como fosfato

352 Remocioacuten de As de muestras de agua de efluentes

liacutequidos de dos plantas de beneficio de oro a escala

laboratorio

De acuerdo a PRODEMINCA (1998) en las cuencas de los

riacuteos Chico y Siete se ubica una extensa explotacioacuten auriacutefera a

partir de minerales que contienen sulfuros Las teacutecnicas de

explotacioacuten y beneficio no son en su mayoriacutea eficientes como

tampoco lo es la disposicioacuten de los efluentes esto genera

afectacioacuten a los cuerpos hiacutedricos de la zona Por ello se evaluoacute

la remocioacuten de As por rizofiltracioacuten para los efluentes de dos

plantas de beneficio instaladas en las riveras de estos riacuteos

Para cada ensayo se partioacute de 5000 mL de efluentes liacutequidos

y 15 plantas de pasto azul de 4 meses de crecimiento cuyas

dimensiones en promedio fueron para la Planta de Beneficio

1 6547 cm (hojas) y 1213 cm (raiacutez) y para la Planta de

Beneficio 2 6270 cm (hojas) y 148 cm (raiacutez) En la Tabla 8

se presentan los resultados del Tratamiento 1 para cada planta

de beneficio

En la Tabla 8 se observa que las concentraciones As del

efluente de la Planta de Beneficio 1 es superior en 04 mgL-1

del liacutemite maacuteximo permisible por lo que al segundo diacutea de

tratamiento ya se alcanzan valores bajo el liacutemite que

corresponde al 610 de remocioacuten del metaloide

000

003

006

009

012

015

018

021

024

027

030

0 1 2 3 4 5 6 7 8 9

Con

cen

trac

ioacuten

n d

e A

s en

solu

cioacuten

(mgL

-1)

Diacuteas de tratamiento

Riacuteo Siete Riacuteo Chico Liacutemite maacuteximo permisible

Remocioacuten de Arseacutenico de Efluentes Liacutequidos de Plantas de Beneficio de Oro y Cuerpos Hiacutedricos de la Zona Minera de Ponce Enriacutequez por Rizofiltracioacuten con Pasto Azul (dactylis glomerata)

Tabla 8 Remocioacuten de As de muestras de efluente liacutequido de dos plantas de

beneficio empleando rizofiltracioacuten con pasto azul Planta de Beneficio 1 Planta de Beneficio 2

Diacutea de

tratamiento

Concentracioacuten As

en solucioacuten

(mgL-1)

Diacutea de

tratamiento

Concentracioacuten As

en solucioacuten

(mgL-1)

LMP(1) 010 LMP(1) 010

0 0140 0 0240

1 0113 1 0188

2 0055 3 0092

6 0043 8 0034

7 0030 13 0023 8 0024 14 0014

9 0011 15 0010

(1) Liacutemite Maacuteximo Permisible Anexo 1 Tabla 9 Liacutemites de Descarga a un Cuerpo de Agua Dulce TULSMA

Sin embargo se continuoacute con el proceso hasta alcanzar la

concentracioacuten miacutenima recomendada por la Organizacioacuten

Mundial de la Salud (10 ug L-1) valor que se lo alcanzoacute al

noveno diacutea de tratamiento con un porcentaje de remocioacuten del

921 y una mortalidad de las especies de pasto azul del 80

Por otro lado para la Planta de Beneficio 2 se partioacute de

concentracioacuten de As dos veces superior al liacutemite maacuteximo

permisible de 010 mgL-1 para el tercer diacutea de tratamiento ya

se obtuvieron concentraciones bajo el liacutemite que corresponden

al 63 de remocioacuten al igual que el tratamiento aplicado al

efluente de la planta de beneficio 1 se continuoacute con el mismo

hasta alcanzar una concentracioacuten de 001 mgL-1 de As

presente en la muestra de estudio este valor se obtuvo al

deacutecimo quinto diacutea lo que representa el 96 de remocioacuten con

un porcentaje de mortandad del 80

Al igual que con las muestras de agua de los cuerpos hiacutedricos

se realizoacute otro ensayo para los efluentes de plantas de

beneficio en el que se varioacute el tiempo de crecimiento de las

especies de pasto azul de 4 a 5 meses y se mantuvo el volumen

de 5000 mL de muestra cuyos resultados se presentan en las

Figuras 5 y 6

Para la Planta de Beneficio 1 se redujo el nuacutemero de especies

de 15 a 10 plantas de pasto azul con dimensiones promedio de

183 cm de raiacutez y 649 cm de hojas Bajo estos paraacutemetros se

alcanzoacute al primer diacutea de tratamiento una concentracioacuten de As

de 0076 mgL-1 valor inferior al liacutemite maacuteximo permisible y

para el octavo diacutea se alcanzoacute el 936 de remocioacuten con un

600 de mortalidad valores que se presentan en la Figura 5

Figura 5 Remocioacuten de As de efluentes liacutequidos de Planta de Beneficio 1 en funcioacuten del nuacutemero de plantas de pasto azul

Figura 6 Remocioacuten de As de efluentes liacutequidos de Planta de Beneficio 2 (PB2) variando dimensiones de planta y tiempo de crecimiento

De la Figura 5 se puede determinar que al trabajar con un

menor nuacutemero de especies se presenta la misma tendencia que

al emplear 15 plantas de pasto azul esto se debe a que el

sistema radicular de las especies del segundo tratamiento se

encontraba maacutes desarrollado lo que favorecioacute en el proceso de

absorcioacuten de As ya que al tener un xilema maacutes desarrollado

aumenta la capacidad hiperacumuladora de metales por las

plantas de acuerdo a lo sentildealado por Rascio amp Navari-Izzo

(2011)

Para la Planta de Beneficio 2 se consideroacute solo al tiempo de

crecimiento de las especies como paraacutemetro de variacioacuten en

este tratamiento se empleoacute 15 especies de pasto azul de 5

meses cuyas dimensiones promedio fueron de 127 cm de raiacutez

y 552 cm de hojas bajo estas condiciones al deacutecimo cuarto

diacutea se llegoacute a una concentracioacuten de 0019 mgL-1 que

representa el 92 de remocioacuten de As Estos resultados fueron

graficados en la Figura 6 conjuntamente con los datos del

Tratamiento 1 y se puede evidenciar que no existe una

variacioacuten significativa entre ellos a pesar de que el sistema

radicular de las especies del Tratamiento 2 eran inferiores sin

embargo permanecieron un mayor tiempo en contacto con

solucioacuten nutritiva

353 Variacioacuten de crecimiento de raiacutez y hojas de especies

pasto azul empleado en rizofiltracioacuten

A fin de determinar coacutemo afecta la absorcioacuten de As en el

crecimiento de las plantas empleadas en la rizofiltracioacuten se

procedioacute a medir la raiacutez y hojas antes y despueacutes del

tratamiento Los resultados se presentan en la Tabla 9

Tabla 9 Dimensiones de raiacutez y hojas de pasto azul

Muestra Parte Dimensiones (cm) Diacuteas

tratamiento

de

remocioacuten As Inicial Final

Riacuteo Siete Hojas 5327 5435

15 9715 Raiacutez 1147 1021

Riacuteo Chico Hojas 6260 6543

8 9740 Raiacutez 1273 1527

Planta de

Beneficio 1

Hojas 6547 6778 9 9214

Raiacutez 1213 1219

Planta de

Beneficio 2

Hojas 6270 6520 15 9600

Raiacutez 1480 880

000

002

004

006

008

010

012

014

0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10

Con

cen

trac

ioacuten

de

As

en s

olu

cioacuten

(mgL

-1)

Diacutea de Tratamiento

Rizofiltracioacuten 15 plantas 5 L Rizofiltracioacuten 10 plantas 5 LLiacutemite maacuteximo permisible

000

003

006

009

012

015

018

021

024

027

0 2 4 6 8 10 12 14 16

Con

cen

trac

ioacuten

n d

e A

s en

solu

cioacuten

(mgL

-1)

Diacuteas de tratamiento

Tratamiento 1_PB2 Tratamiento 2_PB2

Liacutemite maacuteximo permisible

Remocioacuten de Arseacutenico de Efluentes Liacutequidos de Plantas de Beneficio de Oro y Cuerpos Hiacutedricos de la Zona Minera de Ponce Enriacutequez por Rizofiltracioacuten con Pasto Azul (dactylis glomerata)

De los datos presentados se observa que a un mayor tiempo

de retencioacuten el sistema radicular decrece debido a que se ve

debilitado por el contacto con la solucioacuten sin embargo en los

tratamientos que duraron la mitad del tiempo de retencioacuten se

tiene un crecimiento de la raiacutez de las plantas empleadas esto

puede deberse a que hasta ese tiempo la planta asimila al As

como fosfato que es utilizado como nutriente es decir

estimuloacute la produccioacuten de biomasa de raiacuteces manteniendo

concordancia con lo descrito por Vaacutesquez et al (2009) en su

ensayo con plantas de soja en soluciones de arseniato

Ademaacutes se observa que las dimensiones de las hojas de las

especies incrementa esto debido a que el As no afectoacute el

crecimiento de la planta ya que las concentraciones a las que

fueron expuestas son bajas entre 012 y 027 mgL-1

manteniendo concordancia con lo descrito por Machlis (1945)

quien que sentildeala que concentraciones de As de hasta 05 a

06 mgL-1 no suprimen el crecimiento de las plantas

354 Anaacutelisis de As en raiacutez y hojas de plantas de pasto azul

empleado en rizofiltracioacuten

A fin de determinar la cantidad de As retenido por las especies

de pasto azul que fueron empleadas en los diferentes

tratamientos de rizofiltracioacuten se procedioacute a tomar una muestra

de 3 plantas representativas con la raiacutez maacutes abundante y un

promedio de longitud de 13 cm las cuales fueron sometidas a

una disgregacioacuten aacutecida conforme al numeral 233 y

posteriormente se analizoacute la concentracioacuten de As tanto en raiacutez

como hojas mediante ICP-OES

Dushenkov et al (1995) y Del Toro et al (2013) en sus

estudios sentildealaron que la mayoriacutea de las plantas retienen gran

parte de la carga de plomo y As respectivamente en la raiacutez y

una pequentildea fraccioacuten se transporta preferentemente a las hojas

donde es secuestrada y acumulada en la vacuola celular esto

corrobora los datos presentados en la Tabla 10 en los cuales

se puede observar que en promedio maacutes del 768 del

metaloide de intereacutes se retuvo en el sistema radicular y hasta

un 231 en las hojas debido a que el As se inmovilizo en el

sistema radicular de la planta

Por otro lado tambieacuten se analizoacute una muestra de plantas que

no se sometieron a tratamiento de rizofiltracioacuten cuyos

resultados sirvieron para compararlos con las especies

aplicadas en las muestras de agua de los riacuteos asiacute como en las

descargas liacutequidas de las Plantas de Beneficio obteniendo que

los valores maacuteximos superan 10 y 15 veces al valor obtenido

en el blanco ademaacutes las plantas que estuvieron expuestas a las

mayores concentraciones de As (0240 y 0270 mgL-1)

presentaron los valores maacutes altos es decir la absorcioacuten de As

fue directamente proporcional a la concentracioacuten inicial del

metaloide

Tabla 10 Concentracioacuten de As en raiacutez y hojas de pasto azul empleadas en

rizofiltracioacuten

MUESTRA As (mgg-1) As

Raiacutez Hojas Raiacutez Hojas

BLANCO 0109 0019 852 148 RIO CHICO 1069 0360 748 252

RIO SIETE 0220 0082 728 272

PLANTA DE BENEFICIO 1 1624 0248 868 132 PLANTA DE BENEFICIO 2 0127 0047 731 269

Tabla 11 Anaacutelisis de Varianza de resultados de absorcioacuten de As con

diferentes tipos de muestras FV SC gl CM F p

Modelo 006 7 001 185 01 Muestra de tratamiento 006 7 001 185 01

Error 026 59 0 Total 031 66

SC=Suma de cuadrados F=valor estadiacutestico de distribucioacuten de Snedecor

p=valor estadiacutestico para aceptar o rechazar una hipoacutetesis

gL=grados de libertad CM=Media cuadraacutetica

Por otra parte la mayor acumulacioacuten de As en la raiacutez puede

deberse a factores internos de tolerancia de la planta como los

exudados radiculares que estaacuten formados por aacutecidos orgaacutenicos

que permiten la tolerancia de metales en el sistema radical que

pueden influenciar de manera directa en la solubilidad de

elementos ya sean esenciales o no a traveacutes de la acidificacioacuten

quelacioacuten precipitacioacuten y procesos de oacutexidondashreduccioacuten en la

rizoacutesfera y de forma indirecta mediante efectos en la actividad

microbiana en las propiedades fiacutesicas de la rizoacutesfera y en la

dinaacutemica de crecimiento de la raiacutez esto de acuerdo a lo

sentildealado por Gonzales y Zapata (2008) y lo verificado por

Dushenkov et al (1995) en su estudio empleando pasto para

remover plomo

36 Anaacutelisis estadiacutesticos de resultados de tratamiento de

rizofiltracioacuten

Los datos obtenidos referentes a la absorcioacuten de As de las 4

muestras empleadas en el estudio fueron analizados por el

meacutetodo ANOVA utilizando el sistema INFOSTATL a fin de

determinar si existe varianza significativa o no entre los

resultados de absorcioacuten de As de muestras de agua de 2 riacuteos y

2 efluentes de plantas de beneficio de la zona minera de

Camilo Ponce Enriacutequez hasta alcanzar valores inferiores al

liacutemite maacuteximo permisible cuyos resultados se presentan en la

siguiente Tabla

De las Tablas 11 y 12 se determina que el valor obtenido de p

es mayor que el 50 lo que significa que los resultados no

son significativamente diferentes entre siacute ya que se encuentran

dentro del mismo rango por lo que el tratamiento de

rizofiltracioacuten para muestras de agua que se encuentran sobre

los liacutemites maacuteximos permisibles establecidos por la normativa

ambiental son aplicables tanto para agua de cuerpos hiacutedricos

asiacute como para efluentes liacutequidos de plantas de beneficio

Ademaacutes todos los resultados presentan medias similares por

lo que se ubican en un mismo rango reforzando la hipoacutetesis

de que el tratamiento es aplicable a diferentes muestras de

agua

Tabla 12 Test de Tukey 5

Muestra de Tratamiento Medias n EE Rango

Rio Siete A 003 12 002 A

Rio Siete B 004 6 003 A

PLANTA DE BENEFICIO 1 A 006 8 002 A PLANTA DE BENEFICIO 1 B 006 7 002 A

PLANTA DE BENEFICIO 2 B 006 11 002 A

PLANTA DE BENEFICIO 2 A 007 10 002 A Rio Chico A 011 7 002 A

Rio Chico B 013 6 003 A

n=nuacutemero de muestras EE=error estaacutendar

Remocioacuten de Arseacutenico de Efluentes Liacutequidos de Plantas de Beneficio de Oro y Cuerpos Hiacutedricos de la Zona Minera de Ponce Enriacutequez por Rizofiltracioacuten con Pasto Azul (dactylis glomerata)

37 Anaacutelisis de resultados de implementacioacuten de ensayo a

escala piloto y propuesta de humedal para depuracioacuten

de efluentes liacutequidos

A fin de que el proceso de estudio sea aplicable como una

alternativa de tratamiento de efluentes liacutequidos de la industria

minera se consideroacute su aplicacioacuten en humedales artificiales

con pasto azul Para este proceso se emplearon 15 plantas en

cada humedal con 6 meses de crecimiento y dimensiones

promedio de 284 cm (raiacutez) y 660 cm (hojas) en el primer

humedal y 257 cm (raiacutez) y 594 cm (hojas) para el segundo

humedal las mismas que previamente se desarrollaron de

manera hidropoacutenica y fueron trasplantadas a los humedales

donde se adaptaron por 5 diacuteas (Seccioacuten 24)

Considerando que en los resultados de seccioacuten 36 se observa

que al segundo diacutea de tratamiento ya se obtienen valores de As

bajo el liacutemite maacuteximo permisible establecido en la normativa

ambiental para este estudio se consideroacute un tiempo de

retencioacuten de 48 horas previo a la descarga del efluente liacutequido

cuyos resultados se presentan en la Tabla 13

De los resultados se puede establecer que a las 48 horas se

logra obtener concentraciones de As bajo el liacutemite maacuteximo

permisible establecido por la normativa ambiental de

01 mgL-1 lo que corresponde al 98 y 95 de remocioacuten

del metaloide de los efluentes de las plantas de beneficio 1 y

2 respectivamente conforme se observoacute en los numerales

anteriores eacuteste porcentaje de remocioacuten se lo alcanza al seacuteptimo

o deacutecimo quinto diacutea de tratamiento sin embargo al combinar

la capacidad de absorcioacuten de As del pasto azul con el sustrato

empleado permiten incrementar la eficiencia del tratamiento

en un menor tiempo de aplicacioacuten

Otte amp Jacob (2006) sentildealan que existe una eficiencia del 65

para la remocioacuten de As empleando humedales artificiales

valor que confirma los datos obtenidos en la Tabla 13 Ademaacutes

se puede verificar que a menor concentracioacuten inicial se obtiene

una mayor remocioacuten del metaloide con una mortalidad del

10 debido a la capacidad de adaptacioacuten del pasto azul por

tanto pueden ser empleadas en varios procesos de

remediacioacuten sin embargo deberaacuten ser puestas en contacto con

solucioacuten nutritiva a fin de que las mismas se regeneren

Por otra parte con estos resultados se realizoacute la propuesta de

disentildeo de un humedal artificial para el tratamiento de efluentes

liacutequidos de plantas de beneficio a fin de disminuir la

concentracioacuten de As hasta niveles bajo el liacutemite maacuteximo

permisible para descargas liacutequidas a cuerpos hiacutedricos

Se considera un humedal artificial de flujo subsuperficial

vertical con comportamiento de un reactor de flujo ideal en

pistoacuten y modelo cineacutetico de remocioacuten de As de primer orden

(Culqui 2015)

Tabla 13 Remocioacuten de As en humedales artificiales con pasto azul

Tipo de muestra As (mgL-1) Remocioacuten

de As Inicial Final

Planta de Beneficio 1 014 0005 980

Planta de Beneficio 2 024 0013 950

(1) Liacutemite Maacuteximo Permisible Anexo 1 Tabla 9 Liacutemites de Descarga a un Cuerpo de Agua Dulce TULSMA

Tabla 14 Dimensionamiento de un humedal artificial Paraacutemetro Descripcioacuten Unidad Valor

Consideraciones

H(1) Altura Humedal m 060

Q Caudal entrada Ldiacutea-1 288000 Co Concentracioacuten Inicial As mgL-1 024

Cf Concentracioacuten Final de As mgL-1 0015

k Constante cineacutetica diacutea-1 -138 Ɛ(2) Porosidad del material 038

Dimensiones

As Aacuterea superficial total m2 2526

W Ancho m 410 L Largo m 616

t Tiempo de retencioacuten hidraacuteulico diacutea 2

n Nuacutemero de celdas 2

(1) Luna amp Castantildeeda 2014 (2) Saacutenchez 2010

Las dimensiones del humedal propuesto para el tratamiento se

presentan en la Tabla 14 donde se consideroacute una planta de

beneficio de pequentildea mineriacutea que descarga 010 Lseg-1 que

corresponderiacutea al caudal miacutenimo de entrada al humedal con

estos datos se establecioacute que se requiere un aacuterea superficial de

2526 m2 con dimensiones de 410 m de ancho 616 m de

largo y 060 m de profundidad Con un tiempo de retencioacuten de

2 diacuteas para alcanzar la remocioacuten de As hasta valores bajo la

norma ambiental aplicable

Para tratar mayores caudales de efluentes en los humedales

artificiales se deberiacutean emplear aacutereas maacutes extensas mayor

tiempo de retencioacuten y mayor nuacutemero de plantas por ellos se

podriacutean establecer varios humedales en paralelo

4 CONCLUSIONES

Para la ejecucioacuten del presente estudio se contemplaron los tres

principales distritos mineros de pequentildea mineriacutea del Ecuador

determinando que los cuerpos hiacutedricos de Camilo Ponce

Enriacutequez en promedio superaban 20 veces el liacutemite maacuteximo

permisible de As establecido en la Tabla 2 Criterio de Calidad

Admisible para la preservacioacuten de la vida acuaacutetica y silvestre

en agua dulce marinas y de estuario del Anexo del Texto

Unificado de Legislacioacuten Secundaria del Ministerio del

Ambiente las altas concentraciones de As puede deberse a la

geologiacutea de la zona asiacute como a las ineficientes teacutecnicas de

explotacioacuten y procesamiento del mineral por parte de los

mineros artesanales y pequentildeos mineros

Las plantas que presentan mejores caracteriacutesticas para la

absorcioacuten de As en solucioacuten son el jacinto de agua pasto azul

y helecho acuaacutetico miniatura De estas el pasto azul presentoacute

el 96 de remocioacuten de As con un 473 de mortalidad y 28

de marchitamiento para soluciones con una concentracioacuten de

0154 mgL-1 del metaloide en referencia por lo que se

seleccionoacute esta especie como la maacutes resistente para los

tratamientos de rizofiltracioacuten

El tratamiento de rizofiltracioacuten con pasto azul aplicado a

muestras de agua tanto de cuerpos hiacutedricos como efluentes

liacutequidos de plantas de beneficio de la zona minera de Camilo

Ponce Enriacutequez que presentaban concentraciones de As entre

0120 y 0270 mgL-1 permite obtener maacutes del 90 de

remocioacuten de As llegando a concentraciones inferiores al

liacutemite maacuteximo permisible tanto el establecido por la normativa

ambiental ecuatoriana asiacute como por la Organizacioacuten Mundial

Remocioacuten de Arseacutenico de Efluentes Liacutequidos de Plantas de Beneficio de Oro y Cuerpos Hiacutedricos de la Zona Minera de Ponce Enriacutequez por Rizofiltracioacuten con Pasto Azul (dactylis glomerata)

de la Salud por lo que se puede establecer que el tratamiento

de rizofiltracioacuten es aplicable a muestras reales que contienen

varios metales disueltos con resultados similares a los

alcanzados empleando soluciones sinteacuteticas de un metal en

especiacutefico es decir que los otros metales no inhibieron la

capacidad del pasto azul para absorber As

Las plantas de pasto azul con mayores dimensiones de su

sistema radicular presentan los porcentajes de remocioacuten de As

superiores como se evidencia en las muestras del riacuteo Chico y

Planta de Beneficio 2 de 974 y 96 respectivamente es

decir la remocioacuten del contaminante incrementa con el tamantildeo

de la raiacutez

Las plantas de pasto azul empleadas en el tratamiento de

rizofiltracioacuten presentaron un incremento de longitud de raiacuteces

y hojas de 219 cm en promedio lo que indica que las

concentraciones de As a las que estuvieron expuestas no

inhibieron el desarrollo de las mismas por lo que una vez

finalizado el tratamiento eacutestas pueden ser regeneradas en

contacto con solucioacuten nutritiva

Maacutes del 70 del As contenido en las especies usadas para el

tratamiento de rizofiltracioacuten se acula en el sistema radicular

esto debido tanto a la retencioacuten del metaloide en la pared

celular como a la complejacioacuten de las fitoquelatinas en la

vacuola celular de la planta

El tratamiento de rizofiltracioacuten en un humedal artificial

incrementa su eficiencia debido a la interaccioacuten que existe

entre las raiacuteces y el sustrato lo que permite que al segundo diacutea

se alcance el 95 de remocioacuten de As del efluente liacutequido

industrial llegando a valores inferiores al liacutemite maacuteximo

permisible de 01 mgL-1 establecido por la normativa

ambiental ecuatoriana concentracioacuten a la cual es permitida su

descarga a un cuerpo hiacutedrico

Un humedal artificial de flujo subsuperficial vertical con

plantas enraizadas de un aacuterea superficial de 2526 m2 (410 m

de ancho por 616 m de largo) con un tiempo de retencioacuten de

2 diacuteas puede ser empleado para tratar efluentes liacutequidos

industriales con porcentajes de remocioacuten de As superiores al

95 para una capacidad de 2880 Ldiacutea-1

Una vez finalizado el tratamiento de rizofiltracioacuten las plantas

empleadas para la absorcioacuten de metales deben ser gestionadas

como un desecho peligroso debido a su alta concentracioacuten de

metales por lo que se recomienda que las mismas sean

incineradas previo a su disposicioacuten final ya sean en celdas de

seguridad o reutilizarlas como fuente para recuperar los

metales

5 AGRADECIMIENTO

Los autores muestran su agradecimiento al Departamento de

Metalurgia Extractiva (DEMEX) de la Escuela Politeacutecnica

Nacional por el financiamiento de la presente investigacioacuten

mediante los fondos del proyecto PII-DEMEX-001-2019

6 REFERENCIAS

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AUSPICIO

La presente investigacioacuten contoacute con el auspicio financiero del proyecto PII-DEMEX-001-2019 que se ejecutoacute en el Departamento de Metalurgia Extractiva de la Facultad de Ingenieriacutea Quiacutemica y Agroindustria

AGRADECIMIENTOS Primero agradezco a Dios por darme la fortaleza durante esta nueva etapa de formacioacuten acadeacutemica por permitirme estar rodeada de personas maravillosas como mi familia y amigos A mi madre por siempre ser mi ejemplo de perseverancia y lucha ante las adversidades a mi padre por estar presente en cada paso que doy a mis hermanas Mayra Pilar y Cristina mi hermano Luis mi cuntildeado Ricardo y a mis sobrinos Byron Juan Santiago Ximena Bruno Nicolaacutes y Leandro quienes han sido un pilar fundamental en mi vida y son la fuerza para seguir adelante Un agradecimiento especial a mi sobrino Byron por ser mi mayor apoyo durante esta etapa por su carintildeo incondicional y por ser el mejor compantildeero de estudio que he tenido y en ocasiones por ser el mejor profesor gracias por tu paciencia A la Ing Alicia Guevara por su guiacutea durante el desarrollo del presente trabajo de investigacioacuten por su amistad durante todos estos antildeos y en especial por ser ese empuje que en ocasiones necesitaba Al Departamento de Metalurgia Extractiva por abrirme nuevamente las puertas a mis profesores Ing Ernesto de la Torre Ing Dianita Endara Ing Edy Pazmintildeo Ing Ximena Diacuteaz y Ely gracias por todos los conocimientos impartidos a Eve y Verito por su ayuda y paciencia en los ensayos A mis compantildeeros de maestriacutea Luchito T Stalin Freddy Luchito G y Cris gracias por su amistad apoyo y risas en los momentos maacutes difiacuteciles A Liz Adri Pao Soraya y Vale quienes me apoyaron durante el desarrollo del proyecto de investigacioacuten sin ustedes no hubiese sido posible llegar a este punto Finalmente agradezco a mis amigos principalmente a Silvi Yady Jenny Vivi Vero Michael Tontildeo Stephy y Any quienes siempre me dieron los mejores aacutenimos para no decaer y sobretodo por ser mi segunda familia

DEDICATORIA

A mi madre Beatriz por su amor incondicional y fortaleza ya que sin ella nada seriacutea posible

Remocioacuten de Arseacutenico de Efluentes Liacutequidos de Plantas de Beneficio de Oro y Cuerpos Hiacutedricos de la Zona Minera de Ponce Enriacutequez por Rizofiltracioacuten con Pasto Azul (dactylis glomerata)

Remocioacuten de Arseacutenico de Efluentes Liacutequidos de Plantas de Beneficio de

Oro y Cuerpos Hiacutedricos de la Zona Minera de Ponce Enriacutequez por

Rizofiltracioacuten con Pasto Azul (dactylis glomerata)

Quishpe Aacutengela(1) Guevara Alicia(2)

Departamento de Metalurgia Extractiva Escuela Politeacutecnica Nacional Ladroacuten de Guevara E11-253 Quito Ecuador

Teleacutefono (5932)2976300 (ext5806) E-Mail (1) angelaquishpeepneduec (2)aliciaguevaraepneduec

Resumen El presente trabajo se evaluoacute la remocioacuten de As de muestras de agua de dos cuerpos hiacutedricos y dos efluentes de

plantas de beneficio de oro de la zona minera de Camilo Ponce Enriacutequez a traveacutes del tratamiento de rizofiltracioacuten con pasto azul

(dactylis glomerata) Esta especie fue previamente seleccionada por su capacidad de remocioacuten de As del 96 en soluciones

sinteacuteticas Para el estudio se partioacute de concentraciones de As de 012 y 027 mgL-1 para muestras de los riacuteos Siete y Chico y

014 y 024 mgL-1 para efluentes de dos plantas de beneficio respectivamente Despueacutes del cuarto diacutea de tratamiento por

rizofiltracioacuten la concentracioacuten de As ya presentaba valores bajo el liacutemite maacuteximo permisible establecido en la normativa

ambiental ecuatoriana (005 y 01 mgL-1) que corresponden al 80 de remocioacuten Asiacute mismo se determinoacute que maacutes del 70 del

As contenido en las especies se acumula en la raiacutez esto debido a la retencioacuten del metaloide en la pared celular como por la

complejacioacuten de las fitoquelatinas en la vacuola celular de la planta A partir de los resultados obtenidos a escala laboratorio se

realiza una prueba piloto en un humedal artificial con 5 L de muestras de efluente logrando una remocioacuten del 98 de As al

segundo diacutea de tratamiento la eficiencia del proceso se incrementoacute debido a la interaccioacuten del sistema radicular del pasto azul

con el sustrato del humedal

Palabras clave Arseacutenico rizofiltracioacuten cuerpos hiacutedricos efluentes liacutequidos remocioacuten

Abstract The present study evaluated the removal of As from water samples from two rivers and two effluents from gold

processing plants in the mining area of Camilo Ponce Enriquez through the treatment of rizofiltration with blue grass (dactylis

glomerata) This species was previously selected for its 96 As removal capacity in synthetic solutions For the study

concentrations of As of 012 and 027 mgL-1 were used for samples of the Siete and Chico rivers and 014 and 024 mgL-1 for

effluents of two gold processing plants respectively After the fourth day of treatment by rizofiltration the concentration of As

already had values below the maximum permissible limit established in the Ecuadorian environmental regulations (005 and 01

mgL-1) that correspond to 80 removal Likewise it was determined that more than 70 of the As contained in the species

accumulates in the root this due to the retention of the metalloid in wall cell as well as the complexation of the phytochelatins

in the cellular vacuole of the plant From the results obtained at the laboratory scale a pilot test is carried out in an artificial

wetland with 5 L of effluent samples achieving a 98 removal of As on the second day of treatment the efficiency of the

process was increased due to the interaction of the root of the blue grass with the wetland substrate

Keywords Arsenic rhizofiltration rivers liquid effluents removal

1 INTRODUCCIOacuteN

En Ecuador tanto la extraccioacuten como el procesamiento de oro

se han desarrollado principalmente a escala artesanal y de

pequentildea mineriacutea ambos caracterizados por un escaso nivel de

tecnificacioacuten y la insuficiente participacioacuten de personal

capacitado Esta situacioacuten ha provocado entre otros

problemas la inadecuada gestioacuten de los recursos naturales el

incremento de riesgos geoloacutegicos la deficiencia de sistemas

de seguridad y salud ocupacional ademaacutes de la contaminacioacuten

del agua suelo y aire (Cumbal et al 2014)

Esta problemaacutetica se hace maacutes evidente en las provincias de

Azuay El Oro y Zamora Chinchipe especiacuteficamente en los

distritos mineros de Nambija Portovelo-Zaruma y Camilo

Ponce Enriacutequez (Ministerio de Mineriacutea 2016) En estas zonas

los minerales auriacuteferos que contienen cantidades importantes

(gt 15) de sulfuros como pirita pirrotina arsenopirita y

calcopirita (De la Torre y Diacuteaz 2000) se procesan en molinos

chilenos (trapiches) se concentran gravimeacutetricamente y el oro

grueso presente se recupera por amalgamacioacuten con mercurio

esto a pesar de la prohibicioacuten establecida en la Reforma de la

Ley de Mineriacutea del antildeo 2013 El oro fino del material residual

se recupera por cianuracioacuten y este proceso genera grandes

voluacutemenes de efluentes que contienen concentraciones

elevadas de metales como As Cu y Hg

Los efluentes generados en estos procesos metaluacutergicos son

considerados desechos peligrosos sin embargo en muchos

casos debido a una inadecuada gestioacuten ambiental y ubicacioacuten

geograacutefica estos son depositados cerca de pendientes y riacuteos

(Appleton et al 2001) Las descargas al ambiente sin ninguacuten

tratamiento previo de efluentes que contienen metales pesados

disueltos y otras sustancias quiacutemicas ha generado que la mayor

Remocioacuten de Arseacutenico de Efluentes Liacutequidos de Plantas de Beneficio de Oro y Cuerpos Hiacutedricos de la Zona Minera de Ponce Enriacutequez por Rizofiltracioacuten con Pasto Azul (dactylis glomerata)

afectacioacuten ambiental se concentre en los cuerpos hiacutedricos de

las aacutereas cercanas a la explotacioacuten minera (Jimeacutenez et al

2016 Tarras et al 2001 Cumbal et al 2014) Esta situacioacuten

representa un riesgo potencial para el ambiente los habitantes

de estas zonas asiacute como a la agricultura y acuacultura

(PRODEMINCA 1998)

En este contexto los metales pesados presentes tanto en los

efluentes liacutequidos como en los relaves generados en los

procesos de extraccioacuten auriacutefera constituyen un riesgo latente

debido a su peligrosidad ya que al no ser ni quiacutemica ni

bioloacutegicamente degradables pueden permanecer cientos de

antildeos en el ambiente y provocar la degradacioacuten de los cuerpos

hiacutedricos (Tarras et al 2001)

La preocupacioacuten que ha generado este tema ha llevado a que

se realice monitoreos de la calidad de agua de los tres

principales distritos mineros del Ecuador realizados por

PRODEMINCA (1998) Appleton et al (2001) asiacute como

INIGEMM (2014) En estos estudios se determinoacute que la

concentracioacuten de As en los riacuteos de la zona de Camilo Ponce

Enriacutequez es superior a la de los ubicados en Zaruma Portovelo

y Nambija conforme se detalla en la Tabla 1

Se ha determinado que los cuerpos hiacutedricos del distrito minero

de Camilo Ponce Enriacutequez presentan valores promedio de As

20 veces superiores a los liacutemites maacuteximos permisibles

establecidos por la normativa ambiental para la preservacioacuten

de la vida acuaacutetica y silvestre en agua dulce (005 mg L-1) y

64 veces maacutes que la concentracioacuten miacutenima recomendada por

la Organizacioacuten Mundial de la Salud (10 ug L-1)

Tabla 1 Resultados del monitoreo de la concentracioacuten de As en los cuerpos hiacutedricos de los 3 principales distritos mineros

Distrito minero Zona de muestreo As (mgL-1)

Camilo Ponce

Enriacutequez

Riacuteo Chico-Riacuteo Gala(3) 282

Quebrada Jaboacuten(2) 0893

Riacuteo Siete(3) 0785

Riacuteo Chico(2) 0051

Riacuteo Siete (valor maacuteximo)(1) 047

Quebrada Cantildea Quemada(3) 0044

Riacuteo Guanache(2) 0036

Ex Camp Militar Saraguro(2)

0027

Riacuteo Tenguel(2) 0003

Zaruma -

Portovelo

Riacuteo Calera(3) 1983

Riacuteo Calera AJ Amarillo(2) 052

Riacuteo Amarillo AJ Pindo(2) 0343

Riacuteo Amarillo(2) 0302

Riacuteo Pindo(3) 0051

Riacuteo Amarillo(3) 0001

Riacuteo Calera y Amarillo(1) ND

Nambija

Quebrada Calixto(3) 0026 Quebrada Nambija(2) 0016

Quebrada Cambana(3) 0009

Quebrada Calixto(2) 0003 Riacuteo Nambija(3) 0003

Las Orquiacutedeas(2) 0002

Riacuteo Nambija(1) ND Quebrada Campanas(2) ND

Quebrada Cumay(2) ND

Liacutemite maacuteximo permisible As (mg L-1)(4) 005

Fuente (1) (Appleton et al 2001) (2) (INIGEMM 2014) (3) (PRODEMINCA 1998) (4) Liacutemite Maacuteximo Permisible Anexo 1 Tabla 2

Criterio de Calidad Admisible para la preservacioacuten de la vida acuaacutetica y silvestre en agua dulce marinas y de estuario TULSMA 2015 ND no se

ha determinado valor

Por este motivo es de vital importancia que los efluentes

liacutequidos generados en las plantas de beneficio antes de su

descarga a los cuerpos hiacutedricos cuenten con un tratamiento

previo ya que la exposicioacuten prolongada a eacuteste metaloide

puede causar alteraciones en el sistema nervioso y circulatorio

asiacute como en la piel pudiendo llegar a provocar

hidroarsenicismo croacutenico regional endeacutemico (HACRE)

enfermedad que se atribuye al consumo de agua con alto

contenido de As durante un largo tiempo e incluso provocar

caacutencer de piel pulmoacuten vejiga entre otros (Minaverry amp

Caacuteceres 2016 Salido et al 2003 OMS 2018 Vithanage et

al 2017)

Actualmente existen varios estudios sobre la aplicacioacuten de

teacutecnicas de remediacioacuten para la remocioacuten de As en agua entre

las cuales se consideran procesos fiacutesicos quiacutemicos como son

adsorcioacuten intercambio de iones precipitacioacutenndashcoagulacioacuten

filtracioacuten de membrana tambieacuten se contemplan procesos

bioloacutegicos como tratamientos con microorganismos o bio

filtracioacuten asiacute como la fitorremediacioacuten (Jang et al 2005

Boglione R et al 2019 Mondal et al 2006 McCutcheon amp

Joslashrgensen 2008)

La fitorremediacioacuten es una alternativa sustentable y de bajo

costo para la rehabilitacioacuten de ambientes afectados por

contaminantes naturales y antropogeacutenicos y es especialmente

uacutetil para el tratamiento de metales pesados (Delgadillo et al

2011 Gonzales 2014 Covarrubias amp Pentildea 2016 Tiwari

2019) ya que aprovecha la capacidad de especies vegetales

para extraer acumular inmovilizar y transformar los

contaminantes del agua (Rahman amp Hasegawa 2011) Las

plantas empleadas son capaces de retener altas

concentraciones de metales toacutexicos en sus raiacuteces brotes y

hojas (Tangahu et al 2011) por lo que se las ha definido

como un sistema de bombeo y filtracioacuten impulsado por energiacutea

solar que actuacutean como acumuladores que sobreviven a pesar

de concentrar contaminantes en sus tejidos eacutestos los

biodegradan o bio-transforman en formas inertes

(Cunningham et al 1993)

Existen especies vegetales que son maacutes eficaces para absorber

diferentes tipos de metales como el Pb Zn Cu Co Cr As y

varios radionucleiacutedos Los cambios maacutes importantes que se

aprecian en las plantas empleadas en estos tratamientos son

morfoloacutegicos y de deficiencia de crecimiento eacutestos dependen

del tipo de especie utilizada en el tratamiento (Raskin et al

1997 Yadav et al 2011 Ali et al 2013)

Las teacutecnicas de fitorremediacioacuten tienen varias ventajas ya que

las plantas pueden prosperar en ambientes altamente toacutexicos

debido a que requieren poco cuidado ademaacutes de generar gran

cantidad de biomasa rica en metales que una vez finalizado el

tratamiento pueden reciclarse pero tambieacuten se enfrentan a

desafiacuteos como la baja reproduccioacuten de las especies en medios

menos controlados y la concentracioacuten excesiva de metales

pesados que limita la remocioacuten de los mismos (McIntyre T

2003 Ali et al 2013)

Una de las teacutecnicas de fitorremediacioacuten maacutes aplicada en medio

acuaacutetico es la rizofiltracioacuten donde las raiacuteces absorben

concentran y precipitan los metales pesados presentes en aguas

Remocioacuten de Arseacutenico de Efluentes Liacutequidos de Plantas de Beneficio de Oro y Cuerpos Hiacutedricos de la Zona Minera de Ponce Enriacutequez por Rizofiltracioacuten con Pasto Azul (dactylis glomerata)

residuales este proceso incluye el transporte de contaminantes

metaacutelicos hacia la superficie de la raiacutez absorbente asiacute como la

absorcioacuten del metal a traveacutes de las membranas de las ceacutelulas

de la raiacutez hacia la biomasa siendo importante las interacciones

entre planta-agua a fin de controlar la recuperacioacuten de

contaminantes especiacuteficos de los cuerpos hiacutedricos

(Dushenkov et al 1995 Yadav et al 2011 Verma et al

2006)

Las plantas maacutes efectivas para este tipo de fitoremediacioacuten

son las especies terrestres que crecen en medios hidropoacutenicos

cuyas raiacuteces deben ser de raacutepido crecimiento con la capacidad

de eliminar metales toacutexicos durante largos periacuteodos de tiempo

de exposicioacuten (Raskyn et al 1997 Khilji amp Bareen 2008)

La rizofiltracioacuten presenta varias ventajas como depurar varios

metales tratar grandes voluacutemenes de efluentes menor

necesidad de productos quiacutemicos toacutexicos reduccioacuten del

volumen de residuos secundarios reciclaje y efectividad en el

cumplimiento de la normativa ambiental (Raskyn et al 1997

Dushenkov et al 1995 Padmavathiamma et al 2007 Yadav

et al 2011)

Ejemplos exitosos del uso de esta teacutecnica son los humedales

artificiales camas de cantildea y sistemas de planta flotante para el

tratamiento de algunos tipos de aguas residuales en este caso

los metales se acumulan mayoritariamente en las raiacuteces de las

plantas empleadas Trabajos realizados por Lintildeaacuten (2016)

Flores (2017) y Barreto (2019) lograron obtener valores de

remocioacuten de As en soluciones sinteacuteticas de 22 50 98

96 empleando especies como la Quinuilla (Chenopodium

aacutelbum) cebolla Allium cepa Jacinto de agua (Eichhornia

crassipes) Pasto Azul (Dactylis glomerata) respectivamente

Hasta ahora en el Ecuador no se evidencia la aplicacioacuten de

sistemas de remediacioacuten de aguas contaminadas por As en

zonas mineras La presente investigacioacuten tiene como objetivo

principal evaluar la capacidad de remocioacuten de este metal de

efluentes liacutequidos de plantas de beneficio y de cuerpos hiacutedricos

ubicados en el distrito Minero de Camilo Ponce Enriacutequez

En este trabajo se emplearaacute la rizofiltracioacuten con pasto azul

(Dactylis glomerata) para absorber acumular estabilizar o

reducir el As presente en efluentes liacutequidos de dos plantas de

beneficio y dos cuerpos hiacutedricos del distrito minero en

referencia El tratamiento se aplicaraacute hasta alcanzar niveles de

As inferiores a los liacutemites maacuteximos permisibles establecidos

en la normativa ambiental ecuatoriana tanto a escala

laboratorio como piloto A partir de los resultados obtenidos

se espera motivar la aplicacioacuten del proceso por parte de las

empresas mineras de la zona como un tratamiento no

convencional que mejorariacutea la gestioacuten ambiental de sus

actividades

2 METODOLOGIacuteA

21 Caracterizacioacuten de las muestras de estudio

211 Seleccioacuten de la zona de estudio

Con base en la informacioacuten existente sobre los monitoreos de

calidad de agua de los riacuteos en los principales distritos mineros

del sur de Ecuador realizadas por PRODEMINCA (1998)

Appleton et al (2001) asiacute como por el INIGEMM (2014) se

seleccionoacute como aacuterea de estudio el distrito de Camilo Ponce

Enriacutequez

En esta zona se identificaron dos cuerpos hiacutedricos (riacuteo Siete y

riacuteo Chico) que presentaban concentraciones elevadas de As

que son superiores a 005 mg L-1 liacutemite maacuteximo permisible

establecido en la normativa ambiental ecuatoriana Anexo 1

Tabla 2 (Ministerio del Ambiente 2015)

Ademaacutes se identificaron dos plantas de beneficio ubicadas en

la zona de influencia de los cuerpos hiacutedricos seleccionados

cuyos efluentes liacutequidos presentaron concentraciones de As

superiores a 01 mgL-1 que corresponde al liacutemite maacuteximo

permisible establecido en el Anexo 1 Tabla 9 (Ministerio del

Ambiente 2015)

212 Toma de muestras de efluentes liacutequidos y cuerpos

hiacutedricos del distrito minero Camilo Ponce Enriacutequez

Con la identificacioacuten de los cuerpos hiacutedricos y plantas de

beneficio ubicados en el distrito minero de Camilo Ponce

Enriacutequez se procedioacute con un muestreo puntual para lo cual se

empleoacute el meacutetodo establecido en la Norma Teacutecnica INEN

2176 (Instituto Ecuatoriano de Normalizacioacuten 2013)

Las muestras fueron transportadas en un cajoacuten refrigerado por

viacutea terrestre al laboratorio del Departamento de Metalurgia

Extractiva (DEMEX) donde se realizaron los respectivos

anaacutelisis para la caracterizacioacuten fiacutesico ndash quiacutemica a fin de

determinar las condiciones iniciales previo a la aplicacioacuten del

proceso de rizofiltracioacuten como alternativa de depuracioacuten

213 Caracterizacioacuten de las muestras bajo estudio

La caracterizacioacuten quiacutemica de las muestras se realiza

empleando un equipo de absorcioacuten atoacutemica (AAnalyst 300

PERKIN ELMER) y un ICP-OES (PERKIN ELMER Optima

8000) para determinar la concentracioacuten inicial de Cu Cd Pb

Fe Zn Hg y principalmente As Ademaacutes se midioacute el pH de

las muestras y los soacutelidos suspendidos presentes

Se consideraron estos paraacutemetros ya que los mismos cuentan

con liacutemites maacuteximos permisibles establecidos en la normativa

ambiental vigente y que tienen incidencia en los criterios de

calidad para tratamiento de aguas afectadas por actividades

mineras (Quishpe 2010)

22 Desarrollo de cultivos hidropoacutenicos de plantas para

rizofiltracioacuten

221 Seleccioacuten de especie con mayor capacidad de

absorcioacuten de As en medio acuoso

Para la seleccioacuten de la especie con mayor porcentaje de

absorcioacuten de As se realizaron ensayos con plantas de jacinto

de agua (eichhornia crassipes) pasto azul (poa pratensis) y

helecho acuaacutetico miniatura (azolla) las cuales se desarrollaron

en cultivos hidropoacutenicos (Barreto 2019)

Remocioacuten de Arseacutenico de Efluentes Liacutequidos de Plantas de Beneficio de Oro y Cuerpos Hiacutedricos de la Zona Minera de Ponce Enriacutequez por Rizofiltracioacuten con Pasto Azul (dactylis glomerata)

Las especies seleccionadas fueron separadas en tres grupos de

10 plantas y cada una de ellas se colocoacute en contacto con

400 mL de soluciones sinteacuteticas de As de 0154 mgL-1

0375 mgL-1 y 0847 mgL-1 durante 15 diacuteas Durante este

periodo se llevoacute un registro del pH de las soluciones asiacute como

del marchitamiento mortalidad y coloracioacuten de las plantas

Los diacuteas 1 2 3 6 7 8 9 y 15 del ensayo se tomaron aliacutecuotas

de 10 mL para el anaacutelisis de la concentracioacuten de As en el ICP-

OES Se determinoacute el porcentaje de absorcioacuten del metal

pesado por las plantas con base en la diferencia entre la

concentracioacuten inicial y final de este metaloide en solucioacuten

ademaacutes se consideroacute la peacuterdida de volumen de muestra debido

a la evaporacioacuten y absorcioacuten propia de las plantas

En funcioacuten de los resultados obtenidos se seleccionoacute la especie

que presentoacute el mayor porcentaje de absorcioacuten de As en

soluciones sinteacuteticas para su posterior aplicacioacuten en ensayos

de depuracioacuten de aguas de riacuteo y efluentes de la zona de Camilo

Ponce Enriacutequez

222 Desarrollo de cultivos hidropoacutenicos de pasto azul

(dactylis glomerata)

Se implementaron semilleros hidropoacutenicos empleando como

sustrato espuma de poliuretano en cubos de 25 cm por arista

Cada cubo se humedecioacute con agua destilada previo a colocar

3 a 4 semillas de pasto azul (dactylis glomerata) con el fin de

facilitar la germinacioacuten (Quishpe 2010)

Los cubos con las semillas se colocaron en recipientes

(semilleros) que se cubrieron con agua destilada y se dejaron

reposar por 24 horas para que el sustrato capte toda la

humedad necesaria para favorecer la germinacioacuten

Transcurrido ese periodo se evacuoacute el exceso de agua para que

prosiga el proceso Durante esta etapa se realizoacute una

depuracioacuten de las plaacutentulas que no germinaron

Las primeras plaacutentulas germinadas fueron trasladadas a

bandejas con solucioacuten nutritiva que provee los nutrientes

necesarios para su adecuado desarrollo (INTAGRI 2017)

Esta solucioacuten fue elaborada a partir de macronutrientes como

fosfato di aacutecido de potasio (KH2PO4) nitrato de potasio

(KNO3) nitrato de calcio tetra hidratado [Ca(NO3)24H2O]

sulfato de magnesio hepta hidratado (MgSO47H2O) y

micronutrientes como EDTA de hierro (Fe) sulfato

manganoso hidratado (MnSO4 H2O) aacutecido boacuterico (H3BO3)

sulfato cuacuteprico penta hidratado (CuSO45H2O) molibdato de

amonio tetra hidratado [(NH4)6Mo7O24H2O] sulfato de zinc

hepta hidratado (ZnSO47H2O) cuya composicioacuten se presenta

en la Ficha Teacutecnica III Las plaacutentulas permanecen en las

bandejas hasta alcanzar una longitud de 10 a 12 cm

Las plantas ya desarrolladas fueron trasladas a un sistema

hidropoacutenico vertical NFT (Nutrient Film Technique) que estaacute

compuesto de a) Canales para cultivo hidropoacutenico (tubos PVC

de 3 m de largo y 01 m de diaacutemetro) b) Estructura de madera

(1 m de base 24 de largo y 21 de alto) y c) Sistema de

bombeo y alimentacioacuten (red de distribucioacuten bomba y tanque

de alimentacioacuten) conforme a la Figura 1 Ademaacutes en los

canales para el cultivo hidropoacutenico las plantas se colocaron

con una separacioacuten de 5 cm entre cada una de ellas

Figura 1 Esquema sistema hidropoacutenico vertical NFT

(Nutrient Film Technique)

Durante el proceso de crecimiento de las plantas de pasto azul

se controloacute su longitud la presencia de plagas y la mortalidad

de las mismas Las plantas permanecieron de 4 a 5 meses

dentro de este sistema hasta que presentaron longitudes

promedio de 60 cm en hojas y 12 cm en raiacutez previo a ser

empleadas en el tratamiento de rizofiltracioacuten de las muestras

de efluentes y cuerpos hiacutedricos (Barreto 2019)

23 Remocioacuten de As de efluentes liacutequidos de plantas de

beneficio y cuerpos hiacutedricos por rizofiltracioacuten con pasto

azul a escala laboratorio

Las muestras de efluentes liacutequidos de dos plantas de beneficio

y dos cuerpos hiacutedricos del distrito minero de Camilo Ponce

Enriacutequez que presentaron concentraciones de As superiores a

los liacutemites maacuteximos permisibles establecidos en la normativa

ambiental se trataron por rizofiltracioacuten con pasto azul

desarrollado por medios hidropoacutenicos (4 y 5 meses)

Para la depuracioacuten de los efluentes y el agua de los cuerpos

hiacutedricos a escala laboratorio se emplearon en cada caso

5000 mL de muestra que se colocaron en contacto con plantas

de pasto azul de 4 meses de crecimiento a las cuales se les

midioacute previamente la longitud de la raiacutez y las hojas conforme

a la Figura 2

Durante el tratamiento con una periodicidad de 48 horas se

tomaron aliacutecuotas de 30 mL de muestras de efluentes y aguas

para determinar la concentracioacuten de As remanente en las

soluciones empleando ICP-OES

El proceso de depuracioacuten de As por rizofiltracioacuten para los

efluentes de las plantas de beneficio de oro finalizoacute una vez

que la solucioacuten residual alcanzoacute concentraciones menores a

01 mgL-1 y 005 mg L-1 para las aguas de los cuerpos

hiacutedricos En ambos casos los porcentajes de remocioacuten del

metaloide fueron superiores al 90

Se realizoacute otro ensayo de rizofiltracioacuten para ello se incrementoacute

el tiempo de crecimiento de las especies de pasto azul de 4 a 5

meses a fin de determinar coacutemo variacutea este paraacutemetro en la

absorcioacuten de As y se procedioacute con el tratamiento antes

detallado Para este tratamiento se redujo el nuacutemero de plantas

a 10 especies y se empleoacute 3000 mL de muestra de agua para

cuerpos hiacutedricos y 5000 mL para efluentes liacutequidos de plantas

de beneficio

Remocioacuten de Arseacutenico de Efluentes Liacutequidos de Plantas de Beneficio de Oro y Cuerpos Hiacutedricos de la Zona Minera de Ponce Enriacutequez por Rizofiltracioacuten con Pasto Azul (dactylis glomerata)

Figura 2 Tratamiento de rizofiltracioacuten con pasto azul (dactylis glomerata)

Durante todos los ensayos a escala laboratorio se determinaron

porcentajes de mortalidad marchitamiento y tamantildeo de hojas

con el fin de establecer el grado de afectacioacuten de la absorcioacuten

de As en el desarrollo de la planta y su eficiencia en el

tratamiento

Una vez finalizados los diferentes tratamientos por

rizofiltracioacuten con pasto azul se determinoacute la concentracioacuten de

As presente en las hojas y la raiacutez de las plantas empleadas

durante el proceso Con este fin las plantas se secaron a

temperatura ambiente por dos semanas y se llevaron

separadamente a disgregacioacuten con aacutecido niacutetrico (65) Las

soluciones obtenidas se llevaron a anaacutelisis de la concentracioacuten

de As en ICP-OES Esto con el fin de determinar en queacute

seccioacuten de la planta se alojaba la mayor cantidad del metaloide

Con todos los datos obtenidos se realizoacute un anaacutelisis estadiacutestico

del comportamiento de cada ensayo para ello se aplicaraacute el

meacutetodo de varianza global (ADEVA o ANOVA)

24 Remocioacuten de As de efluentes liacutequidos de plantas de

beneficio por rizofiltracioacuten con pasto azul a escala piloto

Para la aplicacioacuten del tratamiento de depuracioacuten por

rizofiltracioacuten a escala piloto se instaloacute un sistema de

humedales artificiales de 20 L por diacutea de capacidad El

esquema de la instalacioacuten piloto se ilustra en la Figura 3 y fue

desarrollado de acuerdo a lo sugerido por Guanoluisa (2012)

El sistema estuvo compuesto por una estructura metaacutelica de

acero al carbono recubierto con pintura anticorrosiva con una

pendiente de 007 m que conteniacutea 2 recipientes tipo caja de

polipropileno comercial con sustrato inerte (34 cm de altura)

Dicho sustrato tuvo una primera capa de 9 cm de grava (2 a

4 cm) seguido de 9 cm de grava (lt 2 cm) y finalmente 16 cm

de una mezcla de grava y piedra poacutemez (lt 2 cm)

El sustrato fue lavado y desinfectado previamente con una

solucioacuten de cloro y se dejoacute secar al ambiente durante 1 diacutea En

eacuteste se colocaron 15 plantas de pasto azul de 6 meses de

crecimiento hidropoacutenico Se registroacute la longitud de la raiacutez y

hojas se adicionoacute solucioacuten nutritiva la misma que fue

recirculada por 5 diacuteas En este periodo de tiempo las plantas se

acondicionaron para tratamiento posterior

Figura 3 Esquema de humedales artificiales con pasto azul

(Modificado de Guanoluisa 2012)

Para la depuracioacuten por rizofiltracioacuten se emplearon 5 L de

efluentes liacutequidos de planta de beneficio de oro La

caracterizacioacuten de cada muestra se realizoacute conforme al

numeral 213 La muestra se colocoacute en el tanque de

alimentacioacuten desde el cual se bombeoacute hacia el humedal

superior (humedal 1) una vez terminado el bombeo se dejoacute en

contacto con las plantas durante 24 horas posterior a ello se

descargoacute la solucioacuten al segundo humedal (humedal 2) en el

cual se tuvo un tiempo de retencioacuten de 24 horas

Al finalizar el tiempo de tratamiento de cada efluente se

tomaron muestras de 30 mL de las soluciones de salida del

humedal 2 para el respectivo anaacutelisis del contenido de As

residual por medio del equipo ICP-OES Con los resultados

obtenidos se estableceraacute el porcentaje de absorcioacuten del

metaloide y la eficiencia de depuracioacuten del proceso

3 RESULTADOS Y DISCUSIOacuteN

Con base en los resultados del monitoreo de cuerpos hiacutedricos

realizado en los tres distritos mineros del sur del Ecuador se

seleccionoacute como zona de estudio el distrito de Camilo Ponce

Enriacutequez ya que presentaba las mayores concentraciones de

As seguacuten los estudios mencionados en la Seccioacuten 211

Con estos antecedentes se identificaron a los riacuteos Siete y Chico

como los cuerpos hiacutedricos a emplear en el presente trabajo

pues ambos superaban en promedio 20 veces el liacutemite maacuteximo

permisible establecido en la Tabla 2 del Anexo del Texto

Unificado de Legislacioacuten Secundaria del Ministerio del

Ambiente conforme se presenta en la Tabla 2

Tabla 2 Resultados de monitoreo de calidad de agua en cuerpos hiacutedricos del

Distrito Minero de Camilo Ponce Enriacutequez

Cuerpo Hiacutedrico

Concentracioacuten de As (mgL-1)

PRODEMINCA

1998

INIGEMM

2014

Appleton et al

2001

Riacuteo Siete 0785 0893 047

Riacuteo Chico 282 0051 ---

LMP(1) 005

(1) Liacutemite Maacuteximo Permisible Anexo 1 Tabla 2 Criterio de Calidad

Admisible para la preservacioacuten de la vida acuaacutetica y silvestre en agua dulce marinas y de estuario TULSMA

Remocioacuten de Arseacutenico de Efluentes Liacutequidos de Plantas de Beneficio de Oro y Cuerpos Hiacutedricos de la Zona Minera de Ponce Enriacutequez por Rizofiltracioacuten con Pasto Azul (dactylis glomerata)

Adicionalmente para la seleccioacuten de la zona de estudio se

consideroacute la informacioacuten del Catastro Minero (ARCOM

2019) se determinoacute que en el distrito Camilo Ponce Enriacutequez

se ubican 25 concesiones mineras y 38 plantas de beneficio de

las cuales maacutes del 95 no estaacuten regularizados ambientalmente

para la ejecucioacuten de sus labores mineras por lo que estas no

cuentan con las medidas ambientales necesarias para cumplir

con los requerimientos establecidos por la Maacutexima Autoridad

Ambiental en la gestioacuten de sus descargas Esta situacioacuten

afecta a la calidad de los cuerpos hiacutedricos que se ubican cerca

de estas actividades los mismos que aguas abajo son utilizados

para consumo humano y riego

Por esta razoacuten se identificaron dos plantas de beneficio

ubicadas en la zona de influencia de los cuerpos hiacutedricos

seleccionados cuyos efluentes liacutequidos presentaron

concentraciones de As superiores a 01 mgL-1 que

corresponde al liacutemite maacuteximo permisible establecido en el

Anexo 1 Tabla 9 (Ministerio del Ambiente 2015)

31 Georreferenciacioacuten de las muestras empleadas

Una vez seleccionados los dos riacuteos y las dos plantas de

beneficio se georreferenciaron los puntos objeto de estudio

para lo que se tomaron las coordenadas de cada uno de ellos

en el sistema WGS 84 ndash 17 Sur que se detalla en la Tabla 3

Se debe sentildealar que existe una distancia aproximada de 6 Km

en liacutenea recta desde el punto de muestreo del cuerpo hiacutedrico y

la planta de beneficio que se ubica sobre el mismo es decir

que el efluente liacutequido con el que se trabajaraacute contribuye con

carga contaminante al cuerpo hiacutedrico de estudio por lo que es

importante la aplicacioacuten de sistemas de tratamiento previo a su

descarga

32 Caracterizacioacuten de las muestras de cuerpos hiacutedricos y

efluentes de plantas de beneficio de oro

Una vez identificados los puntos de estudio se procedioacute con

un muestreo puntual de agua en cada uno de ellos para lo cual

se siguioacute los lineamientos de la Norma Teacutecnica INEN 2176

(Seccioacuten 212) Las muestras fueron caracterizadas a fin de

determinar la concentracioacuten inicial de metales como Cu Cd

Pb Fe Zn Hg y As ademaacutes se midioacute el pH factor importante

al momento de la remocioacuten del metal pesado de intereacutes

durante el proceso de rizofiltracioacuten los resultados se presentan

en la Tabla 4

Las muestras de agua superficial tomadas en los dos cuerpos

hiacutedricos y las dos muestras de efluentes liacutequidos de plantas de

beneficio presentan valores de As sobre los liacutemites maacuteximos

permisibles establecidos en la normativa ambiental

ecuatoriana manteniendo concordancia con los datos

presentados en la Tabla 2 del presente documento

Tabla 3 Coordenadas de los cuatro puntos de muestreo

Muestra Nomenclatura Coordenadas WGS 84-17S

Norte Este

Riacuteo Siete RS 636474 9661446 Riacuteo Chico CH 644996 9668296

Planta de beneficio 1 PB1 642260 9657706

Planta de beneficio 2 PB2 651264 9665731

Tabla 4 Caracterizacioacuten de muestras de cuerpos hiacutedricos y plantas de

beneficio

Paraacutemetro

analizadoss

Muestra

Riacuteo

Siete(1)

Riacuteo

Chico(1)

Planta de

Beneficio 1(2)

Planta de

Beneficio 2(2)

pH 780 835 787 840

Metales

(mgL-1)

As 012 027 014 024

Cu 001 001 028 533 Fe 002 lt001 009 010

Pb 008 002 003 001

Zn 001 lt001 002 002 Cd lt001 lt001 001 lt001

Hg 00002 00003 00004 00001

(1) Liacutemite Maacuteximo Permisible Anexo 1 Tabla 2 TULSMA (2) Liacutemite Maacuteximo Permisible Anexo 1 Tabla 9 TULSMA

La concentracioacuten de As del riacuteo Chico supera 5 veces al liacutemite

maacuteximo permisible establecido por la Autoridad Ambiental

Nacional siendo eacuteste el valor maacutes alto de las 4 muestras

analizadas Esto puede deberse a que en su parte superior

recibe una considerable aporte de la contaminacioacuten de las

actividades mineras de la zona de San Gerardo conforme a lo

sentildealado por PRODEMINCA (1998) donde se destaca que en

las descargas de efluentes el principal elemento presente es el

As un ejemplo de ello es la planta de beneficio 2 cuya

concentracioacuten de As es 024 mgL-1 que representa maacutes del

doble del liacutemite permisible que corresponde a 01 mg L-1

afectando la capacidad de autodepuracioacuten del cuerpo hiacutedrico

esta actividad se desarrolla a 6 Km del punto de toma de

muestra del riacuteo en referencia

33 Seleccioacuten de especie con mayor capacidad de absorcioacuten

de As en medio acuoso

Para la seleccioacuten de la especie maacutes adecuada para la remocioacuten

de As a traveacutes de rizofiltracioacuten se partioacute de los resultados

previos obtenidos por Barreto (2019) en los cuales se

consideraron 16 especies iniciales entre terrestres y acuaacuteticas

las mismas que fueron puestas por 48 horas en contacto con

una solucioacuten sinteacutetica de 45 mgL-1 de As a fin de determinar

la que presentaba mayor remocioacuten de eacuteste metaloide

En funcioacuten de los resultados obtenidos por Barreto (2019) se

seleccionaron tres especies dos acuaacuteticas (jacinto de agua y

helecho acuaacutetico miniatura) y una terrestre (pasto azul) que

fueron desarrollados por medios hidropoacutenicos y puestas en

contacto con soluciones sinteacuteticas de As de concentraciones de

0154 mgL-1 0375 mgL-1 y 0847 mgL-1 por 15 diacuteas

obteniendo los siguientes resultados

Se determinoacute que el jacinto de agua remueve el mayor

porcentaje de As de soluciones sinteacuteticas obteniendo un valor

maacuteximo de 98 al estar en contacto con una solucioacuten sinteacutetica

de 0154 mgL-1 de As sin embargo su tasa de mortalidad y

marchitamiento fue 76 y 78 respectivamente en cambio el

pasto azul para la misma concentracioacuten de As removioacute el 96

del metaloide con una mortalidad del 437 y 28 de

marchitamiento por lo que esta especie tuvo la mejor

adaptabilidad ya que no se vio afectado su desarrollo Esto

concuerda con los sentildealado por Raskyn et al (1997) respecto

a que las especies terrestres desarrolladas en medios

hidropoacutenicos son maacutes aptas para la remocioacuten de metales

pesados presentes en solucioacuten

Remocioacuten de Arseacutenico de Efluentes Liacutequidos de Plantas de Beneficio de Oro y Cuerpos Hiacutedricos de la Zona Minera de Ponce Enriacutequez por Rizofiltracioacuten con Pasto Azul (dactylis glomerata)

Tabla 5 Evaluacioacuten de remocioacuten de As de soluciones sinteacuteticas

Especie Remocioacuten As () Mortalidad

()

Marchita

() T-1(1) T-2(2) T-3(3

Jacinto agua 980 580 640 760 780

Pasto azul 960 570 700 473 280 Helecho 840 440 430 100 100

(1) T-1 Solucioacuten sinteacutetica 0154 mgL-1

(2) T-2 Solucioacuten sinteacutetica 0375 mgL-1 (3) T-3 Solucioacuten sinteacutetica 0847 mgL-1

Dushenkov et al (1995) sentildeala que las raiacuteces de las plantas

terrestres tienen una capacidad intriacutenseca para absorber y

precipitar metales pesados de soluciones y que los pastos

tienen la propiedad de regenerar su raiacutez siendo esto

beneficioso para emplearlos en procesos de rizofiltracioacuten Bajo

estos criterios se seleccionoacute a la especie de pasto azul como la

de mejores caracteriacutesticas para la aplicacioacuten del tratamiento de

rizofiltracioacuten en muestras de cuerpos hiacutedricos y efluentes

liacutequidos de plantas de beneficio con concentraciones de As

superiores a los liacutemites maacuteximos permisibles

34 Desarrollo de cultivos hidropoacutenicos de pasto azul

(dactylis glomerata)

Para el desarrollo de cultivos hidropoacutenicos de pasto azul se

emplearon 276 cubos de sustrato en los cuales se colocaron de

3 a 5 semillas de acuerdo a la metodologiacutea descrita en la

Seccioacuten 222 En eacutesta fase se obtuvo un 640 de germinacioacuten

a los 11 diacuteas de proceso Al final de este periodo las plaacutentulas

presentaron un promedio de crecimiento de 188 cm

Las semillas germinadas fueron colocadas en bandejas con

solucioacuten nutritiva de las cuales el 760 alcanzaron una

longitud de entre 10 a 12 cm posterior a ello se trasladaron al

sistema hidropoacutenico vertical NFT en esta etapa

permanecieron de 4 a 5 meses previo a ser empleadas en el

tratamiento de rizofiltracioacuten para lo cual alcanzaron

longitudes promedio de 60 cm en hojas y 12 cm en raiacutez

(Seccioacuten 222)

Durante el crecimiento de las plantas se controloacute la presencia

de plagas y mortalidad de las mismas para contrarrestar la

plaga de pulgoacuten verde que sufrieron al tercer mes de

crecimiento se empleoacute una insecticida natural que conteniacutea

ajo y agua (relacioacuten 19) con ello se eliminoacute el 80 de la plaga

en el plazo de 24 horas Adicionalmente se repitioacute el proceso

cada 2 diacuteas hasta obtener el 100 de depuracioacuten

Semanalmente se limpiaron las hojas marchitas de las plantas

a fin de que eacutestas se regeneren

35 Resultados de remocioacuten de As por rizofiltracioacuten

empleando pasto azul a escala laboratorio

351 Remocioacuten de As de muestras de agua superficial de

dos cuerpos hiacutedricos

Con base en los resultados de la caracterizacioacuten de las

muestras de agua superficial de los riacuteos Chico y Siete cuya

concentracioacuten de As sobrepasaba el liacutemite maacuteximo permisible

de 005 (mgL-1) y considerando los resultados presentados en

la Tabla 5 donde se verificoacute que el pasto azul (dactylis

glomerata) presentaba porcentajes de remocioacuten de As

superiores al 50 con una mortalidad del 473 se procedioacute

directamente a la aplicacioacuten del tratamiento de rizofiltracioacuten

para las muestras de agua

Las plantas empleadas en los tratamientos se desarrollaron en

cultivos hidropoacutenicos con solucioacuten nutritiva a fin de que la

raiacutez de la especie vegetal se adapte al medio acuoso de

acuerdo a lo detallado en la Seccioacuten 222

Para la muestra de agua del riacuteo Siete se realizoacute dos

tratamientos en el primero se empleoacute 15 plantas de pasto azul

con 4 meses de crecimiento cuyas dimensiones promedio

fueron 5327 cm hojas y 1147 cm raiacutez Para el segundo

tratamiento se redujo el nuacutemero de especies a 10 plantas con

un tiempo de crecimiento de 5 meses y longitudes promedio

de 136 cm y 609 cm para raiacutez y hojas respectivamente

Conforme a los resultados sentildealados en la Tabla 6 para el

Tratamiento 1 al cuarto diacutea ya se contoacute con concentraciones

de As inferiores al liacutemite maacuteximo permisible de 005 mgL-1

establecido en la normativa ambiental aplicable para la

preservacioacuten de los cuerpos hiacutedricos Desde el diacutea quinto hasta

el deacutecimo tercer diacutea la reduccioacuten de la concentracioacuten del

metaloide se mantiene constante y al deacutecimo cuarto diacutea la

concentracioacuten de As se ubica bajo el liacutemite recomendable por

la Organizacioacuten Mundial de la Salud de 001 mgL-1

alcanzando su maacuteximo porcentaje de remocioacuten el deacutecimo

quinto diacutea de tratamiento con un 972 y una tasa de

marchitamiento del 80

El tratamiento se podriacutea aplicar hasta el cuarto diacutea tiempo en

el cual las plantas presentan una mortalidad del 40 con una

remocioacuten del 716 A partir de ese tiempo las especies

vegetales empiezan a perder su capacidad de tolerancia al As

esto puede deberse a que las fitoquelatinas que son peacuteptidos

que permiten la quelacioacuten o precipitacioacuten de los metales

pesados dentro de las vacuolas celulares y con ello evitar dantildeo

celular de las plantas estaacuten perdiendo su capacidad de

asociacioacuten con los metales lo que disminuye su remocioacuten

(Schat 2002 Yadav 2010)

En el ensayo de rizofiltracioacuten del Tratamiento 2 se puede

observar que al segundo diacutea de tratamiento ya se tienen

concentraciones menores al liacutemite maacuteximo permisible con un

porcentaje de remocioacuten del 737 Ademaacutes las plantas

presentaron un marchitamiento del 20 por lo que al emplear

especies maacutes maduras se puede tanto obtener mejores

resultados en menor tiempo como regenerar las especies para

aplicarlas en otros tratamientos ya que eacutestas se han adaptado

a la concentracioacuten de As Cabe sentildealar que las especies

utilizadas en este tratamiento presentaron un sistema radicular

maacutes desarrollado en comparacioacuten con las plantas del

tratamiento anterior

Al respecto en el estudio de Vaacutesquez et al (2009) se

establecioacute que las plantas han desarrollado varios mecanismos

para controlar la homeostasis de elementos esenciales y

soportar el estreacutes generado por elementos toacutexicos lo que le

permite adaptarse a ellos por lo que los altos porcentajes de

remocioacuten de As pueden atribuirse a que la planta asimiloacute a este

metaloide como un nutriente

Remocioacuten de Arseacutenico de Efluentes Liacutequidos de Plantas de Beneficio de Oro y Cuerpos Hiacutedricos de la Zona Minera de Ponce Enriacutequez por Rizofiltracioacuten con Pasto Azul (dactylis glomerata)

Tabla 6 Remocioacuten de As de muestras del riacuteo Siete empleando rizofiltracioacuten

con pasto azul Tratamiento 1(2) Tratamiento 2(3)

Diacutea de

tratamiento

Concentracioacuten

As solucioacuten

(mgL-1)

Diacutea de

tratamiento

Concentracioacuten

As solucioacuten

(mgL-1)

LMP(1) 005 LMP(1 005

0 0120 0 0120

1 0050 1 0061 4 0038 2 0032

5 0034 5 0014

7 0024 6 0006 15 0006 7 0001

(1) Liacutemite Maacuteximo Permisible Anexo 1 Tabla 2 TULSMA

(2) Tratamiento 1 5000 mL de muestra 15 plantas y 4 meses de crecimiento (3) Tratamiento 2 3000 mL de muestra 10 plantas y 5 meses de crecimiento

De acuerdo a Meharg A (2005) y Rangel et al (2015) el As

en forma de arseniato (As+5) puede sustituir al fosfato que es

considerado como un macronutriente de la solucioacuten nutritiva

en la cual se desarrollaron las plantas pues posee una

estructura anaacuteloga y por consiguiente puede entrar a las

ceacutelulas a traveacutes del sistema de transporte del fosfato

Para la muestra de agua del riacuteo Chico se partioacute de una

concentracioacuten de As de 027 mgL-1 y se tratoacute 5000 mL por

rizofiltracioacuten con 15 plantas de pasto azul de 4 meses de

crecimiento hidropoacutenico con dimensiones de 6260 cm y 1273

cm de longitud de hojas y raiacutez respectivamente De los

resultados obtenidos se determinoacute que al seacuteptimo diacutea la

concentracioacuten de As se encontroacute bajo el liacutemite maacuteximo

permisible tiempo que es superior en 3 diacuteas a los resultados

obtenidos en los tratamientos con las muestras del riacuteo Siete que

presentoacute una concentracioacuten inicial de As menor a la del riacuteo

Chico por lo que al octavo diacutea se finalizoacute el tratamiento y se

alcanzoacute una maacutexima remocioacuten de 974 con una mortalidad

del 70

Con estos resultados se realizoacute otro ensayo de rizofiltracioacuten

que corresponde al Tratamiento 2 en el que se redujo el

nuacutemero de plantas y el volumen de muestra de 5000 mL a

3000 mL a fin de determinar la influencia de estos factores en

la absorcioacuten de As En este caso se emplearon 10 plantas de

pasto azul con 5 meses de crecimiento cuyas dimensiones

fueron 1250 cm y 5180 cm de para raiacutez y hojas

respectivamente En la Tabla 7 se muestra que al sexto diacutea de

tratamiento presentaron valores bajo al liacutemite maacuteximo

permisible lo que puede deberse a que el sistema radicular de

estas especies estuvo maacutes desarrollado favoreciendo la

absorcioacuten del As ya que al seacuteptimo se alcanzoacute el 999 de

remocioacuten con un 200 de mortalidad

Tabla 7 Remocioacuten de As de muestras del riacuteo Chico empleando

rizofiltracioacuten con pasto azul Tratamiento 1(2) Tratamiento 2(3)

Diacutea de

tratamiento Concentracioacuten As

solucioacuten (mgL-1) Diacutea de

tratamiento Concentracioacuten As

solucioacuten (mgL-1)

LMP(1) 005 LMP(1) 005

0 0270 0 0270

1 0206 1 0204 2 0094 2 0185

6 0051 5 0090

7 0026 6 0037

8 0007 7 0001

(1) Liacutemite Maacuteximo Permisible Anexo 1 Tabla 2 TULSMA

(2) Tratamiento 1 5000 mL de muestra 15 plantas y 4 meses de crecimiento (3) Tratamiento 2 3000 mL de muestra 10 plantas y 5 meses de crecimiento

Figura 4 Remocioacuten de As en funcioacuten de la concentracioacuten inicial

Para determinar coacutemo afecta la concentracioacuten de As en la

remocioacuten de este metal a traveacutes de rizofiltracioacuten se realizoacute una

comparacioacuten entre los resultados del Tratamiento 1 de las 2

muestras de agua de los cuerpos hiacutedricos del Distrito Minero

Camilo Ponce Enriacutequez Los resultados obtenidos se muestran

en la Figura 4 en esta comparacioacuten se puede observar que a

menor concentracioacuten de As se llega en menor tiempo a valores

bajo los liacutemites permisibles La muestra del riacuteo Siete al primer

diacutea de tratamiento alcanza este valor mientras que la muestra

del riacuteo Chico lo alcanza al sexto diacutea

Para el seacuteptimo diacutea las dos muestras de estudio alcanzaron el

mismo rango de concentracioacuten de As que es inferior al liacutemite

maacuteximo permisibles establecido en la normativa ambiental

Asiacute mismo se puede observar que las plantas una vez que

absorben maacutes del 50 empiezan a reducir su capacidad de

absorcioacuten lo que puede atribuirse a que la planta estaacute

saturaacutendose ya no reconoce al As como fosfato

352 Remocioacuten de As de muestras de agua de efluentes

liacutequidos de dos plantas de beneficio de oro a escala

laboratorio

De acuerdo a PRODEMINCA (1998) en las cuencas de los

riacuteos Chico y Siete se ubica una extensa explotacioacuten auriacutefera a

partir de minerales que contienen sulfuros Las teacutecnicas de

explotacioacuten y beneficio no son en su mayoriacutea eficientes como

tampoco lo es la disposicioacuten de los efluentes esto genera

afectacioacuten a los cuerpos hiacutedricos de la zona Por ello se evaluoacute

la remocioacuten de As por rizofiltracioacuten para los efluentes de dos

plantas de beneficio instaladas en las riveras de estos riacuteos

Para cada ensayo se partioacute de 5000 mL de efluentes liacutequidos

y 15 plantas de pasto azul de 4 meses de crecimiento cuyas

dimensiones en promedio fueron para la Planta de Beneficio

1 6547 cm (hojas) y 1213 cm (raiacutez) y para la Planta de

Beneficio 2 6270 cm (hojas) y 148 cm (raiacutez) En la Tabla 8

se presentan los resultados del Tratamiento 1 para cada planta

de beneficio

En la Tabla 8 se observa que las concentraciones As del

efluente de la Planta de Beneficio 1 es superior en 04 mgL-1

del liacutemite maacuteximo permisible por lo que al segundo diacutea de

tratamiento ya se alcanzan valores bajo el liacutemite que

corresponde al 610 de remocioacuten del metaloide

000

003

006

009

012

015

018

021

024

027

030

0 1 2 3 4 5 6 7 8 9

Con

cen

trac

ioacuten

n d

e A

s en

solu

cioacuten

(mgL

-1)

Diacuteas de tratamiento

Riacuteo Siete Riacuteo Chico Liacutemite maacuteximo permisible

Remocioacuten de Arseacutenico de Efluentes Liacutequidos de Plantas de Beneficio de Oro y Cuerpos Hiacutedricos de la Zona Minera de Ponce Enriacutequez por Rizofiltracioacuten con Pasto Azul (dactylis glomerata)

Tabla 8 Remocioacuten de As de muestras de efluente liacutequido de dos plantas de

beneficio empleando rizofiltracioacuten con pasto azul Planta de Beneficio 1 Planta de Beneficio 2

Diacutea de

tratamiento

Concentracioacuten As

en solucioacuten

(mgL-1)

Diacutea de

tratamiento

Concentracioacuten As

en solucioacuten

(mgL-1)

LMP(1) 010 LMP(1) 010

0 0140 0 0240

1 0113 1 0188

2 0055 3 0092

6 0043 8 0034

7 0030 13 0023 8 0024 14 0014

9 0011 15 0010

(1) Liacutemite Maacuteximo Permisible Anexo 1 Tabla 9 Liacutemites de Descarga a un Cuerpo de Agua Dulce TULSMA

Sin embargo se continuoacute con el proceso hasta alcanzar la

concentracioacuten miacutenima recomendada por la Organizacioacuten

Mundial de la Salud (10 ug L-1) valor que se lo alcanzoacute al

noveno diacutea de tratamiento con un porcentaje de remocioacuten del

921 y una mortalidad de las especies de pasto azul del 80

Por otro lado para la Planta de Beneficio 2 se partioacute de

concentracioacuten de As dos veces superior al liacutemite maacuteximo

permisible de 010 mgL-1 para el tercer diacutea de tratamiento ya

se obtuvieron concentraciones bajo el liacutemite que corresponden

al 63 de remocioacuten al igual que el tratamiento aplicado al

efluente de la planta de beneficio 1 se continuoacute con el mismo

hasta alcanzar una concentracioacuten de 001 mgL-1 de As

presente en la muestra de estudio este valor se obtuvo al

deacutecimo quinto diacutea lo que representa el 96 de remocioacuten con

un porcentaje de mortandad del 80

Al igual que con las muestras de agua de los cuerpos hiacutedricos

se realizoacute otro ensayo para los efluentes de plantas de

beneficio en el que se varioacute el tiempo de crecimiento de las

especies de pasto azul de 4 a 5 meses y se mantuvo el volumen

de 5000 mL de muestra cuyos resultados se presentan en las

Figuras 5 y 6

Para la Planta de Beneficio 1 se redujo el nuacutemero de especies

de 15 a 10 plantas de pasto azul con dimensiones promedio de

183 cm de raiacutez y 649 cm de hojas Bajo estos paraacutemetros se

alcanzoacute al primer diacutea de tratamiento una concentracioacuten de As

de 0076 mgL-1 valor inferior al liacutemite maacuteximo permisible y

para el octavo diacutea se alcanzoacute el 936 de remocioacuten con un

600 de mortalidad valores que se presentan en la Figura 5

Figura 5 Remocioacuten de As de efluentes liacutequidos de Planta de Beneficio 1 en funcioacuten del nuacutemero de plantas de pasto azul

Figura 6 Remocioacuten de As de efluentes liacutequidos de Planta de Beneficio 2 (PB2) variando dimensiones de planta y tiempo de crecimiento

De la Figura 5 se puede determinar que al trabajar con un

menor nuacutemero de especies se presenta la misma tendencia que

al emplear 15 plantas de pasto azul esto se debe a que el

sistema radicular de las especies del segundo tratamiento se

encontraba maacutes desarrollado lo que favorecioacute en el proceso de

absorcioacuten de As ya que al tener un xilema maacutes desarrollado

aumenta la capacidad hiperacumuladora de metales por las

plantas de acuerdo a lo sentildealado por Rascio amp Navari-Izzo

(2011)

Para la Planta de Beneficio 2 se consideroacute solo al tiempo de

crecimiento de las especies como paraacutemetro de variacioacuten en

este tratamiento se empleoacute 15 especies de pasto azul de 5

meses cuyas dimensiones promedio fueron de 127 cm de raiacutez

y 552 cm de hojas bajo estas condiciones al deacutecimo cuarto

diacutea se llegoacute a una concentracioacuten de 0019 mgL-1 que

representa el 92 de remocioacuten de As Estos resultados fueron

graficados en la Figura 6 conjuntamente con los datos del

Tratamiento 1 y se puede evidenciar que no existe una

variacioacuten significativa entre ellos a pesar de que el sistema

radicular de las especies del Tratamiento 2 eran inferiores sin

embargo permanecieron un mayor tiempo en contacto con

solucioacuten nutritiva

353 Variacioacuten de crecimiento de raiacutez y hojas de especies

pasto azul empleado en rizofiltracioacuten

A fin de determinar coacutemo afecta la absorcioacuten de As en el

crecimiento de las plantas empleadas en la rizofiltracioacuten se

procedioacute a medir la raiacutez y hojas antes y despueacutes del

tratamiento Los resultados se presentan en la Tabla 9

Tabla 9 Dimensiones de raiacutez y hojas de pasto azul

Muestra Parte Dimensiones (cm) Diacuteas

tratamiento

de

remocioacuten As Inicial Final

Riacuteo Siete Hojas 5327 5435

15 9715 Raiacutez 1147 1021

Riacuteo Chico Hojas 6260 6543

8 9740 Raiacutez 1273 1527

Planta de

Beneficio 1

Hojas 6547 6778 9 9214

Raiacutez 1213 1219

Planta de

Beneficio 2

Hojas 6270 6520 15 9600

Raiacutez 1480 880

000

002

004

006

008

010

012

014

0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10

Con

cen

trac

ioacuten

de

As

en s

olu

cioacuten

(mgL

-1)

Diacutea de Tratamiento

Rizofiltracioacuten 15 plantas 5 L Rizofiltracioacuten 10 plantas 5 LLiacutemite maacuteximo permisible

000

003

006

009

012

015

018

021

024

027

0 2 4 6 8 10 12 14 16

Con

cen

trac

ioacuten

n d

e A

s en

solu

cioacuten

(mgL

-1)

Diacuteas de tratamiento

Tratamiento 1_PB2 Tratamiento 2_PB2

Liacutemite maacuteximo permisible

Remocioacuten de Arseacutenico de Efluentes Liacutequidos de Plantas de Beneficio de Oro y Cuerpos Hiacutedricos de la Zona Minera de Ponce Enriacutequez por Rizofiltracioacuten con Pasto Azul (dactylis glomerata)

De los datos presentados se observa que a un mayor tiempo

de retencioacuten el sistema radicular decrece debido a que se ve

debilitado por el contacto con la solucioacuten sin embargo en los

tratamientos que duraron la mitad del tiempo de retencioacuten se

tiene un crecimiento de la raiacutez de las plantas empleadas esto

puede deberse a que hasta ese tiempo la planta asimila al As

como fosfato que es utilizado como nutriente es decir

estimuloacute la produccioacuten de biomasa de raiacuteces manteniendo

concordancia con lo descrito por Vaacutesquez et al (2009) en su

ensayo con plantas de soja en soluciones de arseniato

Ademaacutes se observa que las dimensiones de las hojas de las

especies incrementa esto debido a que el As no afectoacute el

crecimiento de la planta ya que las concentraciones a las que

fueron expuestas son bajas entre 012 y 027 mgL-1

manteniendo concordancia con lo descrito por Machlis (1945)

quien que sentildeala que concentraciones de As de hasta 05 a

06 mgL-1 no suprimen el crecimiento de las plantas

354 Anaacutelisis de As en raiacutez y hojas de plantas de pasto azul

empleado en rizofiltracioacuten

A fin de determinar la cantidad de As retenido por las especies

de pasto azul que fueron empleadas en los diferentes

tratamientos de rizofiltracioacuten se procedioacute a tomar una muestra

de 3 plantas representativas con la raiacutez maacutes abundante y un

promedio de longitud de 13 cm las cuales fueron sometidas a

una disgregacioacuten aacutecida conforme al numeral 233 y

posteriormente se analizoacute la concentracioacuten de As tanto en raiacutez

como hojas mediante ICP-OES

Dushenkov et al (1995) y Del Toro et al (2013) en sus

estudios sentildealaron que la mayoriacutea de las plantas retienen gran

parte de la carga de plomo y As respectivamente en la raiacutez y

una pequentildea fraccioacuten se transporta preferentemente a las hojas

donde es secuestrada y acumulada en la vacuola celular esto

corrobora los datos presentados en la Tabla 10 en los cuales

se puede observar que en promedio maacutes del 768 del

metaloide de intereacutes se retuvo en el sistema radicular y hasta

un 231 en las hojas debido a que el As se inmovilizo en el

sistema radicular de la planta

Por otro lado tambieacuten se analizoacute una muestra de plantas que

no se sometieron a tratamiento de rizofiltracioacuten cuyos

resultados sirvieron para compararlos con las especies

aplicadas en las muestras de agua de los riacuteos asiacute como en las

descargas liacutequidas de las Plantas de Beneficio obteniendo que

los valores maacuteximos superan 10 y 15 veces al valor obtenido

en el blanco ademaacutes las plantas que estuvieron expuestas a las

mayores concentraciones de As (0240 y 0270 mgL-1)

presentaron los valores maacutes altos es decir la absorcioacuten de As

fue directamente proporcional a la concentracioacuten inicial del

metaloide

Tabla 10 Concentracioacuten de As en raiacutez y hojas de pasto azul empleadas en

rizofiltracioacuten

MUESTRA As (mgg-1) As

Raiacutez Hojas Raiacutez Hojas

BLANCO 0109 0019 852 148 RIO CHICO 1069 0360 748 252

RIO SIETE 0220 0082 728 272

PLANTA DE BENEFICIO 1 1624 0248 868 132 PLANTA DE BENEFICIO 2 0127 0047 731 269

Tabla 11 Anaacutelisis de Varianza de resultados de absorcioacuten de As con

diferentes tipos de muestras FV SC gl CM F p

Modelo 006 7 001 185 01 Muestra de tratamiento 006 7 001 185 01

Error 026 59 0 Total 031 66

SC=Suma de cuadrados F=valor estadiacutestico de distribucioacuten de Snedecor

p=valor estadiacutestico para aceptar o rechazar una hipoacutetesis

gL=grados de libertad CM=Media cuadraacutetica

Por otra parte la mayor acumulacioacuten de As en la raiacutez puede

deberse a factores internos de tolerancia de la planta como los

exudados radiculares que estaacuten formados por aacutecidos orgaacutenicos

que permiten la tolerancia de metales en el sistema radical que

pueden influenciar de manera directa en la solubilidad de

elementos ya sean esenciales o no a traveacutes de la acidificacioacuten

quelacioacuten precipitacioacuten y procesos de oacutexidondashreduccioacuten en la

rizoacutesfera y de forma indirecta mediante efectos en la actividad

microbiana en las propiedades fiacutesicas de la rizoacutesfera y en la

dinaacutemica de crecimiento de la raiacutez esto de acuerdo a lo

sentildealado por Gonzales y Zapata (2008) y lo verificado por

Dushenkov et al (1995) en su estudio empleando pasto para

remover plomo

36 Anaacutelisis estadiacutesticos de resultados de tratamiento de

rizofiltracioacuten

Los datos obtenidos referentes a la absorcioacuten de As de las 4

muestras empleadas en el estudio fueron analizados por el

meacutetodo ANOVA utilizando el sistema INFOSTATL a fin de

determinar si existe varianza significativa o no entre los

resultados de absorcioacuten de As de muestras de agua de 2 riacuteos y

2 efluentes de plantas de beneficio de la zona minera de

Camilo Ponce Enriacutequez hasta alcanzar valores inferiores al

liacutemite maacuteximo permisible cuyos resultados se presentan en la

siguiente Tabla

De las Tablas 11 y 12 se determina que el valor obtenido de p

es mayor que el 50 lo que significa que los resultados no

son significativamente diferentes entre siacute ya que se encuentran

dentro del mismo rango por lo que el tratamiento de

rizofiltracioacuten para muestras de agua que se encuentran sobre

los liacutemites maacuteximos permisibles establecidos por la normativa

ambiental son aplicables tanto para agua de cuerpos hiacutedricos

asiacute como para efluentes liacutequidos de plantas de beneficio

Ademaacutes todos los resultados presentan medias similares por

lo que se ubican en un mismo rango reforzando la hipoacutetesis

de que el tratamiento es aplicable a diferentes muestras de

agua

Tabla 12 Test de Tukey 5

Muestra de Tratamiento Medias n EE Rango

Rio Siete A 003 12 002 A

Rio Siete B 004 6 003 A

PLANTA DE BENEFICIO 1 A 006 8 002 A PLANTA DE BENEFICIO 1 B 006 7 002 A

PLANTA DE BENEFICIO 2 B 006 11 002 A

PLANTA DE BENEFICIO 2 A 007 10 002 A Rio Chico A 011 7 002 A

Rio Chico B 013 6 003 A

n=nuacutemero de muestras EE=error estaacutendar

Remocioacuten de Arseacutenico de Efluentes Liacutequidos de Plantas de Beneficio de Oro y Cuerpos Hiacutedricos de la Zona Minera de Ponce Enriacutequez por Rizofiltracioacuten con Pasto Azul (dactylis glomerata)

37 Anaacutelisis de resultados de implementacioacuten de ensayo a

escala piloto y propuesta de humedal para depuracioacuten

de efluentes liacutequidos

A fin de que el proceso de estudio sea aplicable como una

alternativa de tratamiento de efluentes liacutequidos de la industria

minera se consideroacute su aplicacioacuten en humedales artificiales

con pasto azul Para este proceso se emplearon 15 plantas en

cada humedal con 6 meses de crecimiento y dimensiones

promedio de 284 cm (raiacutez) y 660 cm (hojas) en el primer

humedal y 257 cm (raiacutez) y 594 cm (hojas) para el segundo

humedal las mismas que previamente se desarrollaron de

manera hidropoacutenica y fueron trasplantadas a los humedales

donde se adaptaron por 5 diacuteas (Seccioacuten 24)

Considerando que en los resultados de seccioacuten 36 se observa

que al segundo diacutea de tratamiento ya se obtienen valores de As

bajo el liacutemite maacuteximo permisible establecido en la normativa

ambiental para este estudio se consideroacute un tiempo de

retencioacuten de 48 horas previo a la descarga del efluente liacutequido

cuyos resultados se presentan en la Tabla 13

De los resultados se puede establecer que a las 48 horas se

logra obtener concentraciones de As bajo el liacutemite maacuteximo

permisible establecido por la normativa ambiental de

01 mgL-1 lo que corresponde al 98 y 95 de remocioacuten

del metaloide de los efluentes de las plantas de beneficio 1 y

2 respectivamente conforme se observoacute en los numerales

anteriores eacuteste porcentaje de remocioacuten se lo alcanza al seacuteptimo

o deacutecimo quinto diacutea de tratamiento sin embargo al combinar

la capacidad de absorcioacuten de As del pasto azul con el sustrato

empleado permiten incrementar la eficiencia del tratamiento

en un menor tiempo de aplicacioacuten

Otte amp Jacob (2006) sentildealan que existe una eficiencia del 65

para la remocioacuten de As empleando humedales artificiales

valor que confirma los datos obtenidos en la Tabla 13 Ademaacutes

se puede verificar que a menor concentracioacuten inicial se obtiene

una mayor remocioacuten del metaloide con una mortalidad del

10 debido a la capacidad de adaptacioacuten del pasto azul por

tanto pueden ser empleadas en varios procesos de

remediacioacuten sin embargo deberaacuten ser puestas en contacto con

solucioacuten nutritiva a fin de que las mismas se regeneren

Por otra parte con estos resultados se realizoacute la propuesta de

disentildeo de un humedal artificial para el tratamiento de efluentes

liacutequidos de plantas de beneficio a fin de disminuir la

concentracioacuten de As hasta niveles bajo el liacutemite maacuteximo

permisible para descargas liacutequidas a cuerpos hiacutedricos

Se considera un humedal artificial de flujo subsuperficial

vertical con comportamiento de un reactor de flujo ideal en

pistoacuten y modelo cineacutetico de remocioacuten de As de primer orden

(Culqui 2015)

Tabla 13 Remocioacuten de As en humedales artificiales con pasto azul

Tipo de muestra As (mgL-1) Remocioacuten

de As Inicial Final

Planta de Beneficio 1 014 0005 980

Planta de Beneficio 2 024 0013 950

(1) Liacutemite Maacuteximo Permisible Anexo 1 Tabla 9 Liacutemites de Descarga a un Cuerpo de Agua Dulce TULSMA

Tabla 14 Dimensionamiento de un humedal artificial Paraacutemetro Descripcioacuten Unidad Valor

Consideraciones

H(1) Altura Humedal m 060

Q Caudal entrada Ldiacutea-1 288000 Co Concentracioacuten Inicial As mgL-1 024

Cf Concentracioacuten Final de As mgL-1 0015

k Constante cineacutetica diacutea-1 -138 Ɛ(2) Porosidad del material 038

Dimensiones

As Aacuterea superficial total m2 2526

W Ancho m 410 L Largo m 616

t Tiempo de retencioacuten hidraacuteulico diacutea 2

n Nuacutemero de celdas 2

(1) Luna amp Castantildeeda 2014 (2) Saacutenchez 2010

Las dimensiones del humedal propuesto para el tratamiento se

presentan en la Tabla 14 donde se consideroacute una planta de

beneficio de pequentildea mineriacutea que descarga 010 Lseg-1 que

corresponderiacutea al caudal miacutenimo de entrada al humedal con

estos datos se establecioacute que se requiere un aacuterea superficial de

2526 m2 con dimensiones de 410 m de ancho 616 m de

largo y 060 m de profundidad Con un tiempo de retencioacuten de

2 diacuteas para alcanzar la remocioacuten de As hasta valores bajo la

norma ambiental aplicable

Para tratar mayores caudales de efluentes en los humedales

artificiales se deberiacutean emplear aacutereas maacutes extensas mayor

tiempo de retencioacuten y mayor nuacutemero de plantas por ellos se

podriacutean establecer varios humedales en paralelo

4 CONCLUSIONES

Para la ejecucioacuten del presente estudio se contemplaron los tres

principales distritos mineros de pequentildea mineriacutea del Ecuador

determinando que los cuerpos hiacutedricos de Camilo Ponce

Enriacutequez en promedio superaban 20 veces el liacutemite maacuteximo

permisible de As establecido en la Tabla 2 Criterio de Calidad

Admisible para la preservacioacuten de la vida acuaacutetica y silvestre

en agua dulce marinas y de estuario del Anexo del Texto

Unificado de Legislacioacuten Secundaria del Ministerio del

Ambiente las altas concentraciones de As puede deberse a la

geologiacutea de la zona asiacute como a las ineficientes teacutecnicas de

explotacioacuten y procesamiento del mineral por parte de los

mineros artesanales y pequentildeos mineros

Las plantas que presentan mejores caracteriacutesticas para la

absorcioacuten de As en solucioacuten son el jacinto de agua pasto azul

y helecho acuaacutetico miniatura De estas el pasto azul presentoacute

el 96 de remocioacuten de As con un 473 de mortalidad y 28

de marchitamiento para soluciones con una concentracioacuten de

0154 mgL-1 del metaloide en referencia por lo que se

seleccionoacute esta especie como la maacutes resistente para los

tratamientos de rizofiltracioacuten

El tratamiento de rizofiltracioacuten con pasto azul aplicado a

muestras de agua tanto de cuerpos hiacutedricos como efluentes

liacutequidos de plantas de beneficio de la zona minera de Camilo

Ponce Enriacutequez que presentaban concentraciones de As entre

0120 y 0270 mgL-1 permite obtener maacutes del 90 de

remocioacuten de As llegando a concentraciones inferiores al

liacutemite maacuteximo permisible tanto el establecido por la normativa

ambiental ecuatoriana asiacute como por la Organizacioacuten Mundial

Remocioacuten de Arseacutenico de Efluentes Liacutequidos de Plantas de Beneficio de Oro y Cuerpos Hiacutedricos de la Zona Minera de Ponce Enriacutequez por Rizofiltracioacuten con Pasto Azul (dactylis glomerata)

de la Salud por lo que se puede establecer que el tratamiento

de rizofiltracioacuten es aplicable a muestras reales que contienen

varios metales disueltos con resultados similares a los

alcanzados empleando soluciones sinteacuteticas de un metal en

especiacutefico es decir que los otros metales no inhibieron la

capacidad del pasto azul para absorber As

Las plantas de pasto azul con mayores dimensiones de su

sistema radicular presentan los porcentajes de remocioacuten de As

superiores como se evidencia en las muestras del riacuteo Chico y

Planta de Beneficio 2 de 974 y 96 respectivamente es

decir la remocioacuten del contaminante incrementa con el tamantildeo

de la raiacutez

Las plantas de pasto azul empleadas en el tratamiento de

rizofiltracioacuten presentaron un incremento de longitud de raiacuteces

y hojas de 219 cm en promedio lo que indica que las

concentraciones de As a las que estuvieron expuestas no

inhibieron el desarrollo de las mismas por lo que una vez

finalizado el tratamiento eacutestas pueden ser regeneradas en

contacto con solucioacuten nutritiva

Maacutes del 70 del As contenido en las especies usadas para el

tratamiento de rizofiltracioacuten se acula en el sistema radicular

esto debido tanto a la retencioacuten del metaloide en la pared

celular como a la complejacioacuten de las fitoquelatinas en la

vacuola celular de la planta

El tratamiento de rizofiltracioacuten en un humedal artificial

incrementa su eficiencia debido a la interaccioacuten que existe

entre las raiacuteces y el sustrato lo que permite que al segundo diacutea

se alcance el 95 de remocioacuten de As del efluente liacutequido

industrial llegando a valores inferiores al liacutemite maacuteximo

permisible de 01 mgL-1 establecido por la normativa

ambiental ecuatoriana concentracioacuten a la cual es permitida su

descarga a un cuerpo hiacutedrico

Un humedal artificial de flujo subsuperficial vertical con

plantas enraizadas de un aacuterea superficial de 2526 m2 (410 m

de ancho por 616 m de largo) con un tiempo de retencioacuten de

2 diacuteas puede ser empleado para tratar efluentes liacutequidos

industriales con porcentajes de remocioacuten de As superiores al

95 para una capacidad de 2880 Ldiacutea-1

Una vez finalizado el tratamiento de rizofiltracioacuten las plantas

empleadas para la absorcioacuten de metales deben ser gestionadas

como un desecho peligroso debido a su alta concentracioacuten de

metales por lo que se recomienda que las mismas sean

incineradas previo a su disposicioacuten final ya sean en celdas de

seguridad o reutilizarlas como fuente para recuperar los

metales

5 AGRADECIMIENTO

Los autores muestran su agradecimiento al Departamento de

Metalurgia Extractiva (DEMEX) de la Escuela Politeacutecnica

Nacional por el financiamiento de la presente investigacioacuten

mediante los fondos del proyecto PII-DEMEX-001-2019

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Zantedeschia aethiopica and Anemopsis californica Ecotoxicology and Environmental Safety 94 67ndash72 httpdoi101016jecoenv201304024

AGRADECIMIENTOS Primero agradezco a Dios por darme la fortaleza durante esta nueva etapa de formacioacuten acadeacutemica por permitirme estar rodeada de personas maravillosas como mi familia y amigos A mi madre por siempre ser mi ejemplo de perseverancia y lucha ante las adversidades a mi padre por estar presente en cada paso que doy a mis hermanas Mayra Pilar y Cristina mi hermano Luis mi cuntildeado Ricardo y a mis sobrinos Byron Juan Santiago Ximena Bruno Nicolaacutes y Leandro quienes han sido un pilar fundamental en mi vida y son la fuerza para seguir adelante Un agradecimiento especial a mi sobrino Byron por ser mi mayor apoyo durante esta etapa por su carintildeo incondicional y por ser el mejor compantildeero de estudio que he tenido y en ocasiones por ser el mejor profesor gracias por tu paciencia A la Ing Alicia Guevara por su guiacutea durante el desarrollo del presente trabajo de investigacioacuten por su amistad durante todos estos antildeos y en especial por ser ese empuje que en ocasiones necesitaba Al Departamento de Metalurgia Extractiva por abrirme nuevamente las puertas a mis profesores Ing Ernesto de la Torre Ing Dianita Endara Ing Edy Pazmintildeo Ing Ximena Diacuteaz y Ely gracias por todos los conocimientos impartidos a Eve y Verito por su ayuda y paciencia en los ensayos A mis compantildeeros de maestriacutea Luchito T Stalin Freddy Luchito G y Cris gracias por su amistad apoyo y risas en los momentos maacutes difiacuteciles A Liz Adri Pao Soraya y Vale quienes me apoyaron durante el desarrollo del proyecto de investigacioacuten sin ustedes no hubiese sido posible llegar a este punto Finalmente agradezco a mis amigos principalmente a Silvi Yady Jenny Vivi Vero Michael Tontildeo Stephy y Any quienes siempre me dieron los mejores aacutenimos para no decaer y sobretodo por ser mi segunda familia

DEDICATORIA

A mi madre Beatriz por su amor incondicional y fortaleza ya que sin ella nada seriacutea posible

Remocioacuten de Arseacutenico de Efluentes Liacutequidos de Plantas de Beneficio de Oro y Cuerpos Hiacutedricos de la Zona Minera de Ponce Enriacutequez por Rizofiltracioacuten con Pasto Azul (dactylis glomerata)

Remocioacuten de Arseacutenico de Efluentes Liacutequidos de Plantas de Beneficio de

Oro y Cuerpos Hiacutedricos de la Zona Minera de Ponce Enriacutequez por

Rizofiltracioacuten con Pasto Azul (dactylis glomerata)

Quishpe Aacutengela(1) Guevara Alicia(2)

Departamento de Metalurgia Extractiva Escuela Politeacutecnica Nacional Ladroacuten de Guevara E11-253 Quito Ecuador

Teleacutefono (5932)2976300 (ext5806) E-Mail (1) angelaquishpeepneduec (2)aliciaguevaraepneduec

Resumen El presente trabajo se evaluoacute la remocioacuten de As de muestras de agua de dos cuerpos hiacutedricos y dos efluentes de

plantas de beneficio de oro de la zona minera de Camilo Ponce Enriacutequez a traveacutes del tratamiento de rizofiltracioacuten con pasto azul

(dactylis glomerata) Esta especie fue previamente seleccionada por su capacidad de remocioacuten de As del 96 en soluciones

sinteacuteticas Para el estudio se partioacute de concentraciones de As de 012 y 027 mgL-1 para muestras de los riacuteos Siete y Chico y

014 y 024 mgL-1 para efluentes de dos plantas de beneficio respectivamente Despueacutes del cuarto diacutea de tratamiento por

rizofiltracioacuten la concentracioacuten de As ya presentaba valores bajo el liacutemite maacuteximo permisible establecido en la normativa

ambiental ecuatoriana (005 y 01 mgL-1) que corresponden al 80 de remocioacuten Asiacute mismo se determinoacute que maacutes del 70 del

As contenido en las especies se acumula en la raiacutez esto debido a la retencioacuten del metaloide en la pared celular como por la

complejacioacuten de las fitoquelatinas en la vacuola celular de la planta A partir de los resultados obtenidos a escala laboratorio se

realiza una prueba piloto en un humedal artificial con 5 L de muestras de efluente logrando una remocioacuten del 98 de As al

segundo diacutea de tratamiento la eficiencia del proceso se incrementoacute debido a la interaccioacuten del sistema radicular del pasto azul

con el sustrato del humedal

Palabras clave Arseacutenico rizofiltracioacuten cuerpos hiacutedricos efluentes liacutequidos remocioacuten

Abstract The present study evaluated the removal of As from water samples from two rivers and two effluents from gold

processing plants in the mining area of Camilo Ponce Enriquez through the treatment of rizofiltration with blue grass (dactylis

glomerata) This species was previously selected for its 96 As removal capacity in synthetic solutions For the study

concentrations of As of 012 and 027 mgL-1 were used for samples of the Siete and Chico rivers and 014 and 024 mgL-1 for

effluents of two gold processing plants respectively After the fourth day of treatment by rizofiltration the concentration of As

already had values below the maximum permissible limit established in the Ecuadorian environmental regulations (005 and 01

mgL-1) that correspond to 80 removal Likewise it was determined that more than 70 of the As contained in the species

accumulates in the root this due to the retention of the metalloid in wall cell as well as the complexation of the phytochelatins

in the cellular vacuole of the plant From the results obtained at the laboratory scale a pilot test is carried out in an artificial

wetland with 5 L of effluent samples achieving a 98 removal of As on the second day of treatment the efficiency of the

process was increased due to the interaction of the root of the blue grass with the wetland substrate

Keywords Arsenic rhizofiltration rivers liquid effluents removal

1 INTRODUCCIOacuteN

En Ecuador tanto la extraccioacuten como el procesamiento de oro

se han desarrollado principalmente a escala artesanal y de

pequentildea mineriacutea ambos caracterizados por un escaso nivel de

tecnificacioacuten y la insuficiente participacioacuten de personal

capacitado Esta situacioacuten ha provocado entre otros

problemas la inadecuada gestioacuten de los recursos naturales el

incremento de riesgos geoloacutegicos la deficiencia de sistemas

de seguridad y salud ocupacional ademaacutes de la contaminacioacuten

del agua suelo y aire (Cumbal et al 2014)

Esta problemaacutetica se hace maacutes evidente en las provincias de

Azuay El Oro y Zamora Chinchipe especiacuteficamente en los

distritos mineros de Nambija Portovelo-Zaruma y Camilo

Ponce Enriacutequez (Ministerio de Mineriacutea 2016) En estas zonas

los minerales auriacuteferos que contienen cantidades importantes

(gt 15) de sulfuros como pirita pirrotina arsenopirita y

calcopirita (De la Torre y Diacuteaz 2000) se procesan en molinos

chilenos (trapiches) se concentran gravimeacutetricamente y el oro

grueso presente se recupera por amalgamacioacuten con mercurio

esto a pesar de la prohibicioacuten establecida en la Reforma de la

Ley de Mineriacutea del antildeo 2013 El oro fino del material residual

se recupera por cianuracioacuten y este proceso genera grandes

voluacutemenes de efluentes que contienen concentraciones

elevadas de metales como As Cu y Hg

Los efluentes generados en estos procesos metaluacutergicos son

considerados desechos peligrosos sin embargo en muchos

casos debido a una inadecuada gestioacuten ambiental y ubicacioacuten

geograacutefica estos son depositados cerca de pendientes y riacuteos

(Appleton et al 2001) Las descargas al ambiente sin ninguacuten

tratamiento previo de efluentes que contienen metales pesados

disueltos y otras sustancias quiacutemicas ha generado que la mayor

Remocioacuten de Arseacutenico de Efluentes Liacutequidos de Plantas de Beneficio de Oro y Cuerpos Hiacutedricos de la Zona Minera de Ponce Enriacutequez por Rizofiltracioacuten con Pasto Azul (dactylis glomerata)

afectacioacuten ambiental se concentre en los cuerpos hiacutedricos de

las aacutereas cercanas a la explotacioacuten minera (Jimeacutenez et al

2016 Tarras et al 2001 Cumbal et al 2014) Esta situacioacuten

representa un riesgo potencial para el ambiente los habitantes

de estas zonas asiacute como a la agricultura y acuacultura

(PRODEMINCA 1998)

En este contexto los metales pesados presentes tanto en los

efluentes liacutequidos como en los relaves generados en los

procesos de extraccioacuten auriacutefera constituyen un riesgo latente

debido a su peligrosidad ya que al no ser ni quiacutemica ni

bioloacutegicamente degradables pueden permanecer cientos de

antildeos en el ambiente y provocar la degradacioacuten de los cuerpos

hiacutedricos (Tarras et al 2001)

La preocupacioacuten que ha generado este tema ha llevado a que

se realice monitoreos de la calidad de agua de los tres

principales distritos mineros del Ecuador realizados por

PRODEMINCA (1998) Appleton et al (2001) asiacute como

INIGEMM (2014) En estos estudios se determinoacute que la

concentracioacuten de As en los riacuteos de la zona de Camilo Ponce

Enriacutequez es superior a la de los ubicados en Zaruma Portovelo

y Nambija conforme se detalla en la Tabla 1

Se ha determinado que los cuerpos hiacutedricos del distrito minero

de Camilo Ponce Enriacutequez presentan valores promedio de As

20 veces superiores a los liacutemites maacuteximos permisibles

establecidos por la normativa ambiental para la preservacioacuten

de la vida acuaacutetica y silvestre en agua dulce (005 mg L-1) y

64 veces maacutes que la concentracioacuten miacutenima recomendada por

la Organizacioacuten Mundial de la Salud (10 ug L-1)

Tabla 1 Resultados del monitoreo de la concentracioacuten de As en los cuerpos hiacutedricos de los 3 principales distritos mineros

Distrito minero Zona de muestreo As (mgL-1)

Camilo Ponce

Enriacutequez

Riacuteo Chico-Riacuteo Gala(3) 282

Quebrada Jaboacuten(2) 0893

Riacuteo Siete(3) 0785

Riacuteo Chico(2) 0051

Riacuteo Siete (valor maacuteximo)(1) 047

Quebrada Cantildea Quemada(3) 0044

Riacuteo Guanache(2) 0036

Ex Camp Militar Saraguro(2)

0027

Riacuteo Tenguel(2) 0003

Zaruma -

Portovelo

Riacuteo Calera(3) 1983

Riacuteo Calera AJ Amarillo(2) 052

Riacuteo Amarillo AJ Pindo(2) 0343

Riacuteo Amarillo(2) 0302

Riacuteo Pindo(3) 0051

Riacuteo Amarillo(3) 0001

Riacuteo Calera y Amarillo(1) ND

Nambija

Quebrada Calixto(3) 0026 Quebrada Nambija(2) 0016

Quebrada Cambana(3) 0009

Quebrada Calixto(2) 0003 Riacuteo Nambija(3) 0003

Las Orquiacutedeas(2) 0002

Riacuteo Nambija(1) ND Quebrada Campanas(2) ND

Quebrada Cumay(2) ND

Liacutemite maacuteximo permisible As (mg L-1)(4) 005

Fuente (1) (Appleton et al 2001) (2) (INIGEMM 2014) (3) (PRODEMINCA 1998) (4) Liacutemite Maacuteximo Permisible Anexo 1 Tabla 2

Criterio de Calidad Admisible para la preservacioacuten de la vida acuaacutetica y silvestre en agua dulce marinas y de estuario TULSMA 2015 ND no se

ha determinado valor

Por este motivo es de vital importancia que los efluentes

liacutequidos generados en las plantas de beneficio antes de su

descarga a los cuerpos hiacutedricos cuenten con un tratamiento

previo ya que la exposicioacuten prolongada a eacuteste metaloide

puede causar alteraciones en el sistema nervioso y circulatorio

asiacute como en la piel pudiendo llegar a provocar

hidroarsenicismo croacutenico regional endeacutemico (HACRE)

enfermedad que se atribuye al consumo de agua con alto

contenido de As durante un largo tiempo e incluso provocar

caacutencer de piel pulmoacuten vejiga entre otros (Minaverry amp

Caacuteceres 2016 Salido et al 2003 OMS 2018 Vithanage et

al 2017)

Actualmente existen varios estudios sobre la aplicacioacuten de

teacutecnicas de remediacioacuten para la remocioacuten de As en agua entre

las cuales se consideran procesos fiacutesicos quiacutemicos como son

adsorcioacuten intercambio de iones precipitacioacutenndashcoagulacioacuten

filtracioacuten de membrana tambieacuten se contemplan procesos

bioloacutegicos como tratamientos con microorganismos o bio

filtracioacuten asiacute como la fitorremediacioacuten (Jang et al 2005

Boglione R et al 2019 Mondal et al 2006 McCutcheon amp

Joslashrgensen 2008)

La fitorremediacioacuten es una alternativa sustentable y de bajo

costo para la rehabilitacioacuten de ambientes afectados por

contaminantes naturales y antropogeacutenicos y es especialmente

uacutetil para el tratamiento de metales pesados (Delgadillo et al

2011 Gonzales 2014 Covarrubias amp Pentildea 2016 Tiwari

2019) ya que aprovecha la capacidad de especies vegetales

para extraer acumular inmovilizar y transformar los

contaminantes del agua (Rahman amp Hasegawa 2011) Las

plantas empleadas son capaces de retener altas

concentraciones de metales toacutexicos en sus raiacuteces brotes y

hojas (Tangahu et al 2011) por lo que se las ha definido

como un sistema de bombeo y filtracioacuten impulsado por energiacutea

solar que actuacutean como acumuladores que sobreviven a pesar

de concentrar contaminantes en sus tejidos eacutestos los

biodegradan o bio-transforman en formas inertes

(Cunningham et al 1993)

Existen especies vegetales que son maacutes eficaces para absorber

diferentes tipos de metales como el Pb Zn Cu Co Cr As y

varios radionucleiacutedos Los cambios maacutes importantes que se

aprecian en las plantas empleadas en estos tratamientos son

morfoloacutegicos y de deficiencia de crecimiento eacutestos dependen

del tipo de especie utilizada en el tratamiento (Raskin et al

1997 Yadav et al 2011 Ali et al 2013)

Las teacutecnicas de fitorremediacioacuten tienen varias ventajas ya que

las plantas pueden prosperar en ambientes altamente toacutexicos

debido a que requieren poco cuidado ademaacutes de generar gran

cantidad de biomasa rica en metales que una vez finalizado el

tratamiento pueden reciclarse pero tambieacuten se enfrentan a

desafiacuteos como la baja reproduccioacuten de las especies en medios

menos controlados y la concentracioacuten excesiva de metales

pesados que limita la remocioacuten de los mismos (McIntyre T

2003 Ali et al 2013)

Una de las teacutecnicas de fitorremediacioacuten maacutes aplicada en medio

acuaacutetico es la rizofiltracioacuten donde las raiacuteces absorben

concentran y precipitan los metales pesados presentes en aguas

Remocioacuten de Arseacutenico de Efluentes Liacutequidos de Plantas de Beneficio de Oro y Cuerpos Hiacutedricos de la Zona Minera de Ponce Enriacutequez por Rizofiltracioacuten con Pasto Azul (dactylis glomerata)

residuales este proceso incluye el transporte de contaminantes

metaacutelicos hacia la superficie de la raiacutez absorbente asiacute como la

absorcioacuten del metal a traveacutes de las membranas de las ceacutelulas

de la raiacutez hacia la biomasa siendo importante las interacciones

entre planta-agua a fin de controlar la recuperacioacuten de

contaminantes especiacuteficos de los cuerpos hiacutedricos

(Dushenkov et al 1995 Yadav et al 2011 Verma et al

2006)

Las plantas maacutes efectivas para este tipo de fitoremediacioacuten

son las especies terrestres que crecen en medios hidropoacutenicos

cuyas raiacuteces deben ser de raacutepido crecimiento con la capacidad

de eliminar metales toacutexicos durante largos periacuteodos de tiempo

de exposicioacuten (Raskyn et al 1997 Khilji amp Bareen 2008)

La rizofiltracioacuten presenta varias ventajas como depurar varios

metales tratar grandes voluacutemenes de efluentes menor

necesidad de productos quiacutemicos toacutexicos reduccioacuten del

volumen de residuos secundarios reciclaje y efectividad en el

cumplimiento de la normativa ambiental (Raskyn et al 1997

Dushenkov et al 1995 Padmavathiamma et al 2007 Yadav

et al 2011)

Ejemplos exitosos del uso de esta teacutecnica son los humedales

artificiales camas de cantildea y sistemas de planta flotante para el

tratamiento de algunos tipos de aguas residuales en este caso

los metales se acumulan mayoritariamente en las raiacuteces de las

plantas empleadas Trabajos realizados por Lintildeaacuten (2016)

Flores (2017) y Barreto (2019) lograron obtener valores de

remocioacuten de As en soluciones sinteacuteticas de 22 50 98

96 empleando especies como la Quinuilla (Chenopodium

aacutelbum) cebolla Allium cepa Jacinto de agua (Eichhornia

crassipes) Pasto Azul (Dactylis glomerata) respectivamente

Hasta ahora en el Ecuador no se evidencia la aplicacioacuten de

sistemas de remediacioacuten de aguas contaminadas por As en

zonas mineras La presente investigacioacuten tiene como objetivo

principal evaluar la capacidad de remocioacuten de este metal de

efluentes liacutequidos de plantas de beneficio y de cuerpos hiacutedricos

ubicados en el distrito Minero de Camilo Ponce Enriacutequez

En este trabajo se emplearaacute la rizofiltracioacuten con pasto azul

(Dactylis glomerata) para absorber acumular estabilizar o

reducir el As presente en efluentes liacutequidos de dos plantas de

beneficio y dos cuerpos hiacutedricos del distrito minero en

referencia El tratamiento se aplicaraacute hasta alcanzar niveles de

As inferiores a los liacutemites maacuteximos permisibles establecidos

en la normativa ambiental ecuatoriana tanto a escala

laboratorio como piloto A partir de los resultados obtenidos

se espera motivar la aplicacioacuten del proceso por parte de las

empresas mineras de la zona como un tratamiento no

convencional que mejorariacutea la gestioacuten ambiental de sus

actividades

2 METODOLOGIacuteA

21 Caracterizacioacuten de las muestras de estudio

211 Seleccioacuten de la zona de estudio

Con base en la informacioacuten existente sobre los monitoreos de

calidad de agua de los riacuteos en los principales distritos mineros

del sur de Ecuador realizadas por PRODEMINCA (1998)

Appleton et al (2001) asiacute como por el INIGEMM (2014) se

seleccionoacute como aacuterea de estudio el distrito de Camilo Ponce

Enriacutequez

En esta zona se identificaron dos cuerpos hiacutedricos (riacuteo Siete y

riacuteo Chico) que presentaban concentraciones elevadas de As

que son superiores a 005 mg L-1 liacutemite maacuteximo permisible

establecido en la normativa ambiental ecuatoriana Anexo 1

Tabla 2 (Ministerio del Ambiente 2015)

Ademaacutes se identificaron dos plantas de beneficio ubicadas en

la zona de influencia de los cuerpos hiacutedricos seleccionados

cuyos efluentes liacutequidos presentaron concentraciones de As

superiores a 01 mgL-1 que corresponde al liacutemite maacuteximo

permisible establecido en el Anexo 1 Tabla 9 (Ministerio del

Ambiente 2015)

212 Toma de muestras de efluentes liacutequidos y cuerpos

hiacutedricos del distrito minero Camilo Ponce Enriacutequez

Con la identificacioacuten de los cuerpos hiacutedricos y plantas de

beneficio ubicados en el distrito minero de Camilo Ponce

Enriacutequez se procedioacute con un muestreo puntual para lo cual se

empleoacute el meacutetodo establecido en la Norma Teacutecnica INEN

2176 (Instituto Ecuatoriano de Normalizacioacuten 2013)

Las muestras fueron transportadas en un cajoacuten refrigerado por

viacutea terrestre al laboratorio del Departamento de Metalurgia

Extractiva (DEMEX) donde se realizaron los respectivos

anaacutelisis para la caracterizacioacuten fiacutesico ndash quiacutemica a fin de

determinar las condiciones iniciales previo a la aplicacioacuten del

proceso de rizofiltracioacuten como alternativa de depuracioacuten

213 Caracterizacioacuten de las muestras bajo estudio

La caracterizacioacuten quiacutemica de las muestras se realiza

empleando un equipo de absorcioacuten atoacutemica (AAnalyst 300

PERKIN ELMER) y un ICP-OES (PERKIN ELMER Optima

8000) para determinar la concentracioacuten inicial de Cu Cd Pb

Fe Zn Hg y principalmente As Ademaacutes se midioacute el pH de

las muestras y los soacutelidos suspendidos presentes

Se consideraron estos paraacutemetros ya que los mismos cuentan

con liacutemites maacuteximos permisibles establecidos en la normativa

ambiental vigente y que tienen incidencia en los criterios de

calidad para tratamiento de aguas afectadas por actividades

mineras (Quishpe 2010)

22 Desarrollo de cultivos hidropoacutenicos de plantas para

rizofiltracioacuten

221 Seleccioacuten de especie con mayor capacidad de

absorcioacuten de As en medio acuoso

Para la seleccioacuten de la especie con mayor porcentaje de

absorcioacuten de As se realizaron ensayos con plantas de jacinto

de agua (eichhornia crassipes) pasto azul (poa pratensis) y

helecho acuaacutetico miniatura (azolla) las cuales se desarrollaron

en cultivos hidropoacutenicos (Barreto 2019)

Remocioacuten de Arseacutenico de Efluentes Liacutequidos de Plantas de Beneficio de Oro y Cuerpos Hiacutedricos de la Zona Minera de Ponce Enriacutequez por Rizofiltracioacuten con Pasto Azul (dactylis glomerata)

Las especies seleccionadas fueron separadas en tres grupos de

10 plantas y cada una de ellas se colocoacute en contacto con

400 mL de soluciones sinteacuteticas de As de 0154 mgL-1

0375 mgL-1 y 0847 mgL-1 durante 15 diacuteas Durante este

periodo se llevoacute un registro del pH de las soluciones asiacute como

del marchitamiento mortalidad y coloracioacuten de las plantas

Los diacuteas 1 2 3 6 7 8 9 y 15 del ensayo se tomaron aliacutecuotas

de 10 mL para el anaacutelisis de la concentracioacuten de As en el ICP-

OES Se determinoacute el porcentaje de absorcioacuten del metal

pesado por las plantas con base en la diferencia entre la

concentracioacuten inicial y final de este metaloide en solucioacuten

ademaacutes se consideroacute la peacuterdida de volumen de muestra debido

a la evaporacioacuten y absorcioacuten propia de las plantas

En funcioacuten de los resultados obtenidos se seleccionoacute la especie

que presentoacute el mayor porcentaje de absorcioacuten de As en

soluciones sinteacuteticas para su posterior aplicacioacuten en ensayos

de depuracioacuten de aguas de riacuteo y efluentes de la zona de Camilo

Ponce Enriacutequez

222 Desarrollo de cultivos hidropoacutenicos de pasto azul

(dactylis glomerata)

Se implementaron semilleros hidropoacutenicos empleando como

sustrato espuma de poliuretano en cubos de 25 cm por arista

Cada cubo se humedecioacute con agua destilada previo a colocar

3 a 4 semillas de pasto azul (dactylis glomerata) con el fin de

facilitar la germinacioacuten (Quishpe 2010)

Los cubos con las semillas se colocaron en recipientes

(semilleros) que se cubrieron con agua destilada y se dejaron

reposar por 24 horas para que el sustrato capte toda la

humedad necesaria para favorecer la germinacioacuten

Transcurrido ese periodo se evacuoacute el exceso de agua para que

prosiga el proceso Durante esta etapa se realizoacute una

depuracioacuten de las plaacutentulas que no germinaron

Las primeras plaacutentulas germinadas fueron trasladadas a

bandejas con solucioacuten nutritiva que provee los nutrientes

necesarios para su adecuado desarrollo (INTAGRI 2017)

Esta solucioacuten fue elaborada a partir de macronutrientes como

fosfato di aacutecido de potasio (KH2PO4) nitrato de potasio

(KNO3) nitrato de calcio tetra hidratado [Ca(NO3)24H2O]

sulfato de magnesio hepta hidratado (MgSO47H2O) y

micronutrientes como EDTA de hierro (Fe) sulfato

manganoso hidratado (MnSO4 H2O) aacutecido boacuterico (H3BO3)

sulfato cuacuteprico penta hidratado (CuSO45H2O) molibdato de

amonio tetra hidratado [(NH4)6Mo7O24H2O] sulfato de zinc

hepta hidratado (ZnSO47H2O) cuya composicioacuten se presenta

en la Ficha Teacutecnica III Las plaacutentulas permanecen en las

bandejas hasta alcanzar una longitud de 10 a 12 cm

Las plantas ya desarrolladas fueron trasladas a un sistema

hidropoacutenico vertical NFT (Nutrient Film Technique) que estaacute

compuesto de a) Canales para cultivo hidropoacutenico (tubos PVC

de 3 m de largo y 01 m de diaacutemetro) b) Estructura de madera

(1 m de base 24 de largo y 21 de alto) y c) Sistema de

bombeo y alimentacioacuten (red de distribucioacuten bomba y tanque

de alimentacioacuten) conforme a la Figura 1 Ademaacutes en los

canales para el cultivo hidropoacutenico las plantas se colocaron

con una separacioacuten de 5 cm entre cada una de ellas

Figura 1 Esquema sistema hidropoacutenico vertical NFT

(Nutrient Film Technique)

Durante el proceso de crecimiento de las plantas de pasto azul

se controloacute su longitud la presencia de plagas y la mortalidad

de las mismas Las plantas permanecieron de 4 a 5 meses

dentro de este sistema hasta que presentaron longitudes

promedio de 60 cm en hojas y 12 cm en raiacutez previo a ser

empleadas en el tratamiento de rizofiltracioacuten de las muestras

de efluentes y cuerpos hiacutedricos (Barreto 2019)

23 Remocioacuten de As de efluentes liacutequidos de plantas de

beneficio y cuerpos hiacutedricos por rizofiltracioacuten con pasto

azul a escala laboratorio

Las muestras de efluentes liacutequidos de dos plantas de beneficio

y dos cuerpos hiacutedricos del distrito minero de Camilo Ponce

Enriacutequez que presentaron concentraciones de As superiores a

los liacutemites maacuteximos permisibles establecidos en la normativa

ambiental se trataron por rizofiltracioacuten con pasto azul

desarrollado por medios hidropoacutenicos (4 y 5 meses)

Para la depuracioacuten de los efluentes y el agua de los cuerpos

hiacutedricos a escala laboratorio se emplearon en cada caso

5000 mL de muestra que se colocaron en contacto con plantas

de pasto azul de 4 meses de crecimiento a las cuales se les

midioacute previamente la longitud de la raiacutez y las hojas conforme

a la Figura 2

Durante el tratamiento con una periodicidad de 48 horas se

tomaron aliacutecuotas de 30 mL de muestras de efluentes y aguas

para determinar la concentracioacuten de As remanente en las

soluciones empleando ICP-OES

El proceso de depuracioacuten de As por rizofiltracioacuten para los

efluentes de las plantas de beneficio de oro finalizoacute una vez

que la solucioacuten residual alcanzoacute concentraciones menores a

01 mgL-1 y 005 mg L-1 para las aguas de los cuerpos

hiacutedricos En ambos casos los porcentajes de remocioacuten del

metaloide fueron superiores al 90

Se realizoacute otro ensayo de rizofiltracioacuten para ello se incrementoacute

el tiempo de crecimiento de las especies de pasto azul de 4 a 5

meses a fin de determinar coacutemo variacutea este paraacutemetro en la

absorcioacuten de As y se procedioacute con el tratamiento antes

detallado Para este tratamiento se redujo el nuacutemero de plantas

a 10 especies y se empleoacute 3000 mL de muestra de agua para

cuerpos hiacutedricos y 5000 mL para efluentes liacutequidos de plantas

de beneficio

Remocioacuten de Arseacutenico de Efluentes Liacutequidos de Plantas de Beneficio de Oro y Cuerpos Hiacutedricos de la Zona Minera de Ponce Enriacutequez por Rizofiltracioacuten con Pasto Azul (dactylis glomerata)

Figura 2 Tratamiento de rizofiltracioacuten con pasto azul (dactylis glomerata)

Durante todos los ensayos a escala laboratorio se determinaron

porcentajes de mortalidad marchitamiento y tamantildeo de hojas

con el fin de establecer el grado de afectacioacuten de la absorcioacuten

de As en el desarrollo de la planta y su eficiencia en el

tratamiento

Una vez finalizados los diferentes tratamientos por

rizofiltracioacuten con pasto azul se determinoacute la concentracioacuten de

As presente en las hojas y la raiacutez de las plantas empleadas

durante el proceso Con este fin las plantas se secaron a

temperatura ambiente por dos semanas y se llevaron

separadamente a disgregacioacuten con aacutecido niacutetrico (65) Las

soluciones obtenidas se llevaron a anaacutelisis de la concentracioacuten

de As en ICP-OES Esto con el fin de determinar en queacute

seccioacuten de la planta se alojaba la mayor cantidad del metaloide

Con todos los datos obtenidos se realizoacute un anaacutelisis estadiacutestico

del comportamiento de cada ensayo para ello se aplicaraacute el

meacutetodo de varianza global (ADEVA o ANOVA)

24 Remocioacuten de As de efluentes liacutequidos de plantas de

beneficio por rizofiltracioacuten con pasto azul a escala piloto

Para la aplicacioacuten del tratamiento de depuracioacuten por

rizofiltracioacuten a escala piloto se instaloacute un sistema de

humedales artificiales de 20 L por diacutea de capacidad El

esquema de la instalacioacuten piloto se ilustra en la Figura 3 y fue

desarrollado de acuerdo a lo sugerido por Guanoluisa (2012)

El sistema estuvo compuesto por una estructura metaacutelica de

acero al carbono recubierto con pintura anticorrosiva con una

pendiente de 007 m que conteniacutea 2 recipientes tipo caja de

polipropileno comercial con sustrato inerte (34 cm de altura)

Dicho sustrato tuvo una primera capa de 9 cm de grava (2 a

4 cm) seguido de 9 cm de grava (lt 2 cm) y finalmente 16 cm

de una mezcla de grava y piedra poacutemez (lt 2 cm)

El sustrato fue lavado y desinfectado previamente con una

solucioacuten de cloro y se dejoacute secar al ambiente durante 1 diacutea En

eacuteste se colocaron 15 plantas de pasto azul de 6 meses de

crecimiento hidropoacutenico Se registroacute la longitud de la raiacutez y

hojas se adicionoacute solucioacuten nutritiva la misma que fue

recirculada por 5 diacuteas En este periodo de tiempo las plantas se

acondicionaron para tratamiento posterior

Figura 3 Esquema de humedales artificiales con pasto azul

(Modificado de Guanoluisa 2012)

Para la depuracioacuten por rizofiltracioacuten se emplearon 5 L de

efluentes liacutequidos de planta de beneficio de oro La

caracterizacioacuten de cada muestra se realizoacute conforme al

numeral 213 La muestra se colocoacute en el tanque de

alimentacioacuten desde el cual se bombeoacute hacia el humedal

superior (humedal 1) una vez terminado el bombeo se dejoacute en

contacto con las plantas durante 24 horas posterior a ello se

descargoacute la solucioacuten al segundo humedal (humedal 2) en el

cual se tuvo un tiempo de retencioacuten de 24 horas

Al finalizar el tiempo de tratamiento de cada efluente se

tomaron muestras de 30 mL de las soluciones de salida del

humedal 2 para el respectivo anaacutelisis del contenido de As

residual por medio del equipo ICP-OES Con los resultados

obtenidos se estableceraacute el porcentaje de absorcioacuten del

metaloide y la eficiencia de depuracioacuten del proceso

3 RESULTADOS Y DISCUSIOacuteN

Con base en los resultados del monitoreo de cuerpos hiacutedricos

realizado en los tres distritos mineros del sur del Ecuador se

seleccionoacute como zona de estudio el distrito de Camilo Ponce

Enriacutequez ya que presentaba las mayores concentraciones de

As seguacuten los estudios mencionados en la Seccioacuten 211

Con estos antecedentes se identificaron a los riacuteos Siete y Chico

como los cuerpos hiacutedricos a emplear en el presente trabajo

pues ambos superaban en promedio 20 veces el liacutemite maacuteximo

permisible establecido en la Tabla 2 del Anexo del Texto

Unificado de Legislacioacuten Secundaria del Ministerio del

Ambiente conforme se presenta en la Tabla 2

Tabla 2 Resultados de monitoreo de calidad de agua en cuerpos hiacutedricos del

Distrito Minero de Camilo Ponce Enriacutequez

Cuerpo Hiacutedrico

Concentracioacuten de As (mgL-1)

PRODEMINCA

1998

INIGEMM

2014

Appleton et al

2001

Riacuteo Siete 0785 0893 047

Riacuteo Chico 282 0051 ---

LMP(1) 005

(1) Liacutemite Maacuteximo Permisible Anexo 1 Tabla 2 Criterio de Calidad

Admisible para la preservacioacuten de la vida acuaacutetica y silvestre en agua dulce marinas y de estuario TULSMA

Remocioacuten de Arseacutenico de Efluentes Liacutequidos de Plantas de Beneficio de Oro y Cuerpos Hiacutedricos de la Zona Minera de Ponce Enriacutequez por Rizofiltracioacuten con Pasto Azul (dactylis glomerata)

Adicionalmente para la seleccioacuten de la zona de estudio se

consideroacute la informacioacuten del Catastro Minero (ARCOM

2019) se determinoacute que en el distrito Camilo Ponce Enriacutequez

se ubican 25 concesiones mineras y 38 plantas de beneficio de

las cuales maacutes del 95 no estaacuten regularizados ambientalmente

para la ejecucioacuten de sus labores mineras por lo que estas no

cuentan con las medidas ambientales necesarias para cumplir

con los requerimientos establecidos por la Maacutexima Autoridad

Ambiental en la gestioacuten de sus descargas Esta situacioacuten

afecta a la calidad de los cuerpos hiacutedricos que se ubican cerca

de estas actividades los mismos que aguas abajo son utilizados

para consumo humano y riego

Por esta razoacuten se identificaron dos plantas de beneficio

ubicadas en la zona de influencia de los cuerpos hiacutedricos

seleccionados cuyos efluentes liacutequidos presentaron

concentraciones de As superiores a 01 mgL-1 que

corresponde al liacutemite maacuteximo permisible establecido en el

Anexo 1 Tabla 9 (Ministerio del Ambiente 2015)

31 Georreferenciacioacuten de las muestras empleadas

Una vez seleccionados los dos riacuteos y las dos plantas de

beneficio se georreferenciaron los puntos objeto de estudio

para lo que se tomaron las coordenadas de cada uno de ellos

en el sistema WGS 84 ndash 17 Sur que se detalla en la Tabla 3

Se debe sentildealar que existe una distancia aproximada de 6 Km

en liacutenea recta desde el punto de muestreo del cuerpo hiacutedrico y

la planta de beneficio que se ubica sobre el mismo es decir

que el efluente liacutequido con el que se trabajaraacute contribuye con

carga contaminante al cuerpo hiacutedrico de estudio por lo que es

importante la aplicacioacuten de sistemas de tratamiento previo a su

descarga

32 Caracterizacioacuten de las muestras de cuerpos hiacutedricos y

efluentes de plantas de beneficio de oro

Una vez identificados los puntos de estudio se procedioacute con

un muestreo puntual de agua en cada uno de ellos para lo cual

se siguioacute los lineamientos de la Norma Teacutecnica INEN 2176

(Seccioacuten 212) Las muestras fueron caracterizadas a fin de

determinar la concentracioacuten inicial de metales como Cu Cd

Pb Fe Zn Hg y As ademaacutes se midioacute el pH factor importante

al momento de la remocioacuten del metal pesado de intereacutes

durante el proceso de rizofiltracioacuten los resultados se presentan

en la Tabla 4

Las muestras de agua superficial tomadas en los dos cuerpos

hiacutedricos y las dos muestras de efluentes liacutequidos de plantas de

beneficio presentan valores de As sobre los liacutemites maacuteximos

permisibles establecidos en la normativa ambiental

ecuatoriana manteniendo concordancia con los datos

presentados en la Tabla 2 del presente documento

Tabla 3 Coordenadas de los cuatro puntos de muestreo

Muestra Nomenclatura Coordenadas WGS 84-17S

Norte Este

Riacuteo Siete RS 636474 9661446 Riacuteo Chico CH 644996 9668296

Planta de beneficio 1 PB1 642260 9657706

Planta de beneficio 2 PB2 651264 9665731

Tabla 4 Caracterizacioacuten de muestras de cuerpos hiacutedricos y plantas de

beneficio

Paraacutemetro

analizadoss

Muestra

Riacuteo

Siete(1)

Riacuteo

Chico(1)

Planta de

Beneficio 1(2)

Planta de

Beneficio 2(2)

pH 780 835 787 840

Metales

(mgL-1)

As 012 027 014 024

Cu 001 001 028 533 Fe 002 lt001 009 010

Pb 008 002 003 001

Zn 001 lt001 002 002 Cd lt001 lt001 001 lt001

Hg 00002 00003 00004 00001

(1) Liacutemite Maacuteximo Permisible Anexo 1 Tabla 2 TULSMA (2) Liacutemite Maacuteximo Permisible Anexo 1 Tabla 9 TULSMA

La concentracioacuten de As del riacuteo Chico supera 5 veces al liacutemite

maacuteximo permisible establecido por la Autoridad Ambiental

Nacional siendo eacuteste el valor maacutes alto de las 4 muestras

analizadas Esto puede deberse a que en su parte superior

recibe una considerable aporte de la contaminacioacuten de las

actividades mineras de la zona de San Gerardo conforme a lo

sentildealado por PRODEMINCA (1998) donde se destaca que en

las descargas de efluentes el principal elemento presente es el

As un ejemplo de ello es la planta de beneficio 2 cuya

concentracioacuten de As es 024 mgL-1 que representa maacutes del

doble del liacutemite permisible que corresponde a 01 mg L-1

afectando la capacidad de autodepuracioacuten del cuerpo hiacutedrico

esta actividad se desarrolla a 6 Km del punto de toma de

muestra del riacuteo en referencia

33 Seleccioacuten de especie con mayor capacidad de absorcioacuten

de As en medio acuoso

Para la seleccioacuten de la especie maacutes adecuada para la remocioacuten

de As a traveacutes de rizofiltracioacuten se partioacute de los resultados

previos obtenidos por Barreto (2019) en los cuales se

consideraron 16 especies iniciales entre terrestres y acuaacuteticas

las mismas que fueron puestas por 48 horas en contacto con

una solucioacuten sinteacutetica de 45 mgL-1 de As a fin de determinar

la que presentaba mayor remocioacuten de eacuteste metaloide

En funcioacuten de los resultados obtenidos por Barreto (2019) se

seleccionaron tres especies dos acuaacuteticas (jacinto de agua y

helecho acuaacutetico miniatura) y una terrestre (pasto azul) que

fueron desarrollados por medios hidropoacutenicos y puestas en

contacto con soluciones sinteacuteticas de As de concentraciones de

0154 mgL-1 0375 mgL-1 y 0847 mgL-1 por 15 diacuteas

obteniendo los siguientes resultados

Se determinoacute que el jacinto de agua remueve el mayor

porcentaje de As de soluciones sinteacuteticas obteniendo un valor

maacuteximo de 98 al estar en contacto con una solucioacuten sinteacutetica

de 0154 mgL-1 de As sin embargo su tasa de mortalidad y

marchitamiento fue 76 y 78 respectivamente en cambio el

pasto azul para la misma concentracioacuten de As removioacute el 96

del metaloide con una mortalidad del 437 y 28 de

marchitamiento por lo que esta especie tuvo la mejor

adaptabilidad ya que no se vio afectado su desarrollo Esto

concuerda con los sentildealado por Raskyn et al (1997) respecto

a que las especies terrestres desarrolladas en medios

hidropoacutenicos son maacutes aptas para la remocioacuten de metales

pesados presentes en solucioacuten

Remocioacuten de Arseacutenico de Efluentes Liacutequidos de Plantas de Beneficio de Oro y Cuerpos Hiacutedricos de la Zona Minera de Ponce Enriacutequez por Rizofiltracioacuten con Pasto Azul (dactylis glomerata)

Tabla 5 Evaluacioacuten de remocioacuten de As de soluciones sinteacuteticas

Especie Remocioacuten As () Mortalidad

()

Marchita

() T-1(1) T-2(2) T-3(3

Jacinto agua 980 580 640 760 780

Pasto azul 960 570 700 473 280 Helecho 840 440 430 100 100

(1) T-1 Solucioacuten sinteacutetica 0154 mgL-1

(2) T-2 Solucioacuten sinteacutetica 0375 mgL-1 (3) T-3 Solucioacuten sinteacutetica 0847 mgL-1

Dushenkov et al (1995) sentildeala que las raiacuteces de las plantas

terrestres tienen una capacidad intriacutenseca para absorber y

precipitar metales pesados de soluciones y que los pastos

tienen la propiedad de regenerar su raiacutez siendo esto

beneficioso para emplearlos en procesos de rizofiltracioacuten Bajo

estos criterios se seleccionoacute a la especie de pasto azul como la

de mejores caracteriacutesticas para la aplicacioacuten del tratamiento de

rizofiltracioacuten en muestras de cuerpos hiacutedricos y efluentes

liacutequidos de plantas de beneficio con concentraciones de As

superiores a los liacutemites maacuteximos permisibles

34 Desarrollo de cultivos hidropoacutenicos de pasto azul

(dactylis glomerata)

Para el desarrollo de cultivos hidropoacutenicos de pasto azul se

emplearon 276 cubos de sustrato en los cuales se colocaron de

3 a 5 semillas de acuerdo a la metodologiacutea descrita en la

Seccioacuten 222 En eacutesta fase se obtuvo un 640 de germinacioacuten

a los 11 diacuteas de proceso Al final de este periodo las plaacutentulas

presentaron un promedio de crecimiento de 188 cm

Las semillas germinadas fueron colocadas en bandejas con

solucioacuten nutritiva de las cuales el 760 alcanzaron una

longitud de entre 10 a 12 cm posterior a ello se trasladaron al

sistema hidropoacutenico vertical NFT en esta etapa

permanecieron de 4 a 5 meses previo a ser empleadas en el

tratamiento de rizofiltracioacuten para lo cual alcanzaron

longitudes promedio de 60 cm en hojas y 12 cm en raiacutez

(Seccioacuten 222)

Durante el crecimiento de las plantas se controloacute la presencia

de plagas y mortalidad de las mismas para contrarrestar la

plaga de pulgoacuten verde que sufrieron al tercer mes de

crecimiento se empleoacute una insecticida natural que conteniacutea

ajo y agua (relacioacuten 19) con ello se eliminoacute el 80 de la plaga

en el plazo de 24 horas Adicionalmente se repitioacute el proceso

cada 2 diacuteas hasta obtener el 100 de depuracioacuten

Semanalmente se limpiaron las hojas marchitas de las plantas

a fin de que eacutestas se regeneren

35 Resultados de remocioacuten de As por rizofiltracioacuten

empleando pasto azul a escala laboratorio

351 Remocioacuten de As de muestras de agua superficial de

dos cuerpos hiacutedricos

Con base en los resultados de la caracterizacioacuten de las

muestras de agua superficial de los riacuteos Chico y Siete cuya

concentracioacuten de As sobrepasaba el liacutemite maacuteximo permisible

de 005 (mgL-1) y considerando los resultados presentados en

la Tabla 5 donde se verificoacute que el pasto azul (dactylis

glomerata) presentaba porcentajes de remocioacuten de As

superiores al 50 con una mortalidad del 473 se procedioacute

directamente a la aplicacioacuten del tratamiento de rizofiltracioacuten

para las muestras de agua

Las plantas empleadas en los tratamientos se desarrollaron en

cultivos hidropoacutenicos con solucioacuten nutritiva a fin de que la

raiacutez de la especie vegetal se adapte al medio acuoso de

acuerdo a lo detallado en la Seccioacuten 222

Para la muestra de agua del riacuteo Siete se realizoacute dos

tratamientos en el primero se empleoacute 15 plantas de pasto azul

con 4 meses de crecimiento cuyas dimensiones promedio

fueron 5327 cm hojas y 1147 cm raiacutez Para el segundo

tratamiento se redujo el nuacutemero de especies a 10 plantas con

un tiempo de crecimiento de 5 meses y longitudes promedio

de 136 cm y 609 cm para raiacutez y hojas respectivamente

Conforme a los resultados sentildealados en la Tabla 6 para el

Tratamiento 1 al cuarto diacutea ya se contoacute con concentraciones

de As inferiores al liacutemite maacuteximo permisible de 005 mgL-1

establecido en la normativa ambiental aplicable para la

preservacioacuten de los cuerpos hiacutedricos Desde el diacutea quinto hasta

el deacutecimo tercer diacutea la reduccioacuten de la concentracioacuten del

metaloide se mantiene constante y al deacutecimo cuarto diacutea la

concentracioacuten de As se ubica bajo el liacutemite recomendable por

la Organizacioacuten Mundial de la Salud de 001 mgL-1

alcanzando su maacuteximo porcentaje de remocioacuten el deacutecimo

quinto diacutea de tratamiento con un 972 y una tasa de

marchitamiento del 80

El tratamiento se podriacutea aplicar hasta el cuarto diacutea tiempo en

el cual las plantas presentan una mortalidad del 40 con una

remocioacuten del 716 A partir de ese tiempo las especies

vegetales empiezan a perder su capacidad de tolerancia al As

esto puede deberse a que las fitoquelatinas que son peacuteptidos

que permiten la quelacioacuten o precipitacioacuten de los metales

pesados dentro de las vacuolas celulares y con ello evitar dantildeo

celular de las plantas estaacuten perdiendo su capacidad de

asociacioacuten con los metales lo que disminuye su remocioacuten

(Schat 2002 Yadav 2010)

En el ensayo de rizofiltracioacuten del Tratamiento 2 se puede

observar que al segundo diacutea de tratamiento ya se tienen

concentraciones menores al liacutemite maacuteximo permisible con un

porcentaje de remocioacuten del 737 Ademaacutes las plantas

presentaron un marchitamiento del 20 por lo que al emplear

especies maacutes maduras se puede tanto obtener mejores

resultados en menor tiempo como regenerar las especies para

aplicarlas en otros tratamientos ya que eacutestas se han adaptado

a la concentracioacuten de As Cabe sentildealar que las especies

utilizadas en este tratamiento presentaron un sistema radicular

maacutes desarrollado en comparacioacuten con las plantas del

tratamiento anterior

Al respecto en el estudio de Vaacutesquez et al (2009) se

establecioacute que las plantas han desarrollado varios mecanismos

para controlar la homeostasis de elementos esenciales y

soportar el estreacutes generado por elementos toacutexicos lo que le

permite adaptarse a ellos por lo que los altos porcentajes de

remocioacuten de As pueden atribuirse a que la planta asimiloacute a este

metaloide como un nutriente

Remocioacuten de Arseacutenico de Efluentes Liacutequidos de Plantas de Beneficio de Oro y Cuerpos Hiacutedricos de la Zona Minera de Ponce Enriacutequez por Rizofiltracioacuten con Pasto Azul (dactylis glomerata)

Tabla 6 Remocioacuten de As de muestras del riacuteo Siete empleando rizofiltracioacuten

con pasto azul Tratamiento 1(2) Tratamiento 2(3)

Diacutea de

tratamiento

Concentracioacuten

As solucioacuten

(mgL-1)

Diacutea de

tratamiento

Concentracioacuten

As solucioacuten

(mgL-1)

LMP(1) 005 LMP(1 005

0 0120 0 0120

1 0050 1 0061 4 0038 2 0032

5 0034 5 0014

7 0024 6 0006 15 0006 7 0001

(1) Liacutemite Maacuteximo Permisible Anexo 1 Tabla 2 TULSMA

(2) Tratamiento 1 5000 mL de muestra 15 plantas y 4 meses de crecimiento (3) Tratamiento 2 3000 mL de muestra 10 plantas y 5 meses de crecimiento

De acuerdo a Meharg A (2005) y Rangel et al (2015) el As

en forma de arseniato (As+5) puede sustituir al fosfato que es

considerado como un macronutriente de la solucioacuten nutritiva

en la cual se desarrollaron las plantas pues posee una

estructura anaacuteloga y por consiguiente puede entrar a las

ceacutelulas a traveacutes del sistema de transporte del fosfato

Para la muestra de agua del riacuteo Chico se partioacute de una

concentracioacuten de As de 027 mgL-1 y se tratoacute 5000 mL por

rizofiltracioacuten con 15 plantas de pasto azul de 4 meses de

crecimiento hidropoacutenico con dimensiones de 6260 cm y 1273

cm de longitud de hojas y raiacutez respectivamente De los

resultados obtenidos se determinoacute que al seacuteptimo diacutea la

concentracioacuten de As se encontroacute bajo el liacutemite maacuteximo

permisible tiempo que es superior en 3 diacuteas a los resultados

obtenidos en los tratamientos con las muestras del riacuteo Siete que

presentoacute una concentracioacuten inicial de As menor a la del riacuteo

Chico por lo que al octavo diacutea se finalizoacute el tratamiento y se

alcanzoacute una maacutexima remocioacuten de 974 con una mortalidad

del 70

Con estos resultados se realizoacute otro ensayo de rizofiltracioacuten

que corresponde al Tratamiento 2 en el que se redujo el

nuacutemero de plantas y el volumen de muestra de 5000 mL a

3000 mL a fin de determinar la influencia de estos factores en

la absorcioacuten de As En este caso se emplearon 10 plantas de

pasto azul con 5 meses de crecimiento cuyas dimensiones

fueron 1250 cm y 5180 cm de para raiacutez y hojas

respectivamente En la Tabla 7 se muestra que al sexto diacutea de

tratamiento presentaron valores bajo al liacutemite maacuteximo

permisible lo que puede deberse a que el sistema radicular de

estas especies estuvo maacutes desarrollado favoreciendo la

absorcioacuten del As ya que al seacuteptimo se alcanzoacute el 999 de

remocioacuten con un 200 de mortalidad

Tabla 7 Remocioacuten de As de muestras del riacuteo Chico empleando

rizofiltracioacuten con pasto azul Tratamiento 1(2) Tratamiento 2(3)

Diacutea de

tratamiento Concentracioacuten As

solucioacuten (mgL-1) Diacutea de

tratamiento Concentracioacuten As

solucioacuten (mgL-1)

LMP(1) 005 LMP(1) 005

0 0270 0 0270

1 0206 1 0204 2 0094 2 0185

6 0051 5 0090

7 0026 6 0037

8 0007 7 0001

(1) Liacutemite Maacuteximo Permisible Anexo 1 Tabla 2 TULSMA

(2) Tratamiento 1 5000 mL de muestra 15 plantas y 4 meses de crecimiento (3) Tratamiento 2 3000 mL de muestra 10 plantas y 5 meses de crecimiento

Figura 4 Remocioacuten de As en funcioacuten de la concentracioacuten inicial

Para determinar coacutemo afecta la concentracioacuten de As en la

remocioacuten de este metal a traveacutes de rizofiltracioacuten se realizoacute una

comparacioacuten entre los resultados del Tratamiento 1 de las 2

muestras de agua de los cuerpos hiacutedricos del Distrito Minero

Camilo Ponce Enriacutequez Los resultados obtenidos se muestran

en la Figura 4 en esta comparacioacuten se puede observar que a

menor concentracioacuten de As se llega en menor tiempo a valores

bajo los liacutemites permisibles La muestra del riacuteo Siete al primer

diacutea de tratamiento alcanza este valor mientras que la muestra

del riacuteo Chico lo alcanza al sexto diacutea

Para el seacuteptimo diacutea las dos muestras de estudio alcanzaron el

mismo rango de concentracioacuten de As que es inferior al liacutemite

maacuteximo permisibles establecido en la normativa ambiental

Asiacute mismo se puede observar que las plantas una vez que

absorben maacutes del 50 empiezan a reducir su capacidad de

absorcioacuten lo que puede atribuirse a que la planta estaacute

saturaacutendose ya no reconoce al As como fosfato

352 Remocioacuten de As de muestras de agua de efluentes

liacutequidos de dos plantas de beneficio de oro a escala

laboratorio

De acuerdo a PRODEMINCA (1998) en las cuencas de los

riacuteos Chico y Siete se ubica una extensa explotacioacuten auriacutefera a

partir de minerales que contienen sulfuros Las teacutecnicas de

explotacioacuten y beneficio no son en su mayoriacutea eficientes como

tampoco lo es la disposicioacuten de los efluentes esto genera

afectacioacuten a los cuerpos hiacutedricos de la zona Por ello se evaluoacute

la remocioacuten de As por rizofiltracioacuten para los efluentes de dos

plantas de beneficio instaladas en las riveras de estos riacuteos

Para cada ensayo se partioacute de 5000 mL de efluentes liacutequidos

y 15 plantas de pasto azul de 4 meses de crecimiento cuyas

dimensiones en promedio fueron para la Planta de Beneficio

1 6547 cm (hojas) y 1213 cm (raiacutez) y para la Planta de

Beneficio 2 6270 cm (hojas) y 148 cm (raiacutez) En la Tabla 8

se presentan los resultados del Tratamiento 1 para cada planta

de beneficio

En la Tabla 8 se observa que las concentraciones As del

efluente de la Planta de Beneficio 1 es superior en 04 mgL-1

del liacutemite maacuteximo permisible por lo que al segundo diacutea de

tratamiento ya se alcanzan valores bajo el liacutemite que

corresponde al 610 de remocioacuten del metaloide

000

003

006

009

012

015

018

021

024

027

030

0 1 2 3 4 5 6 7 8 9

Con

cen

trac

ioacuten

n d

e A

s en

solu

cioacuten

(mgL

-1)

Diacuteas de tratamiento

Riacuteo Siete Riacuteo Chico Liacutemite maacuteximo permisible

Remocioacuten de Arseacutenico de Efluentes Liacutequidos de Plantas de Beneficio de Oro y Cuerpos Hiacutedricos de la Zona Minera de Ponce Enriacutequez por Rizofiltracioacuten con Pasto Azul (dactylis glomerata)

Tabla 8 Remocioacuten de As de muestras de efluente liacutequido de dos plantas de

beneficio empleando rizofiltracioacuten con pasto azul Planta de Beneficio 1 Planta de Beneficio 2

Diacutea de

tratamiento

Concentracioacuten As

en solucioacuten

(mgL-1)

Diacutea de

tratamiento

Concentracioacuten As

en solucioacuten

(mgL-1)

LMP(1) 010 LMP(1) 010

0 0140 0 0240

1 0113 1 0188

2 0055 3 0092

6 0043 8 0034

7 0030 13 0023 8 0024 14 0014

9 0011 15 0010

(1) Liacutemite Maacuteximo Permisible Anexo 1 Tabla 9 Liacutemites de Descarga a un Cuerpo de Agua Dulce TULSMA

Sin embargo se continuoacute con el proceso hasta alcanzar la

concentracioacuten miacutenima recomendada por la Organizacioacuten

Mundial de la Salud (10 ug L-1) valor que se lo alcanzoacute al

noveno diacutea de tratamiento con un porcentaje de remocioacuten del

921 y una mortalidad de las especies de pasto azul del 80

Por otro lado para la Planta de Beneficio 2 se partioacute de

concentracioacuten de As dos veces superior al liacutemite maacuteximo

permisible de 010 mgL-1 para el tercer diacutea de tratamiento ya

se obtuvieron concentraciones bajo el liacutemite que corresponden

al 63 de remocioacuten al igual que el tratamiento aplicado al

efluente de la planta de beneficio 1 se continuoacute con el mismo

hasta alcanzar una concentracioacuten de 001 mgL-1 de As

presente en la muestra de estudio este valor se obtuvo al

deacutecimo quinto diacutea lo que representa el 96 de remocioacuten con

un porcentaje de mortandad del 80

Al igual que con las muestras de agua de los cuerpos hiacutedricos

se realizoacute otro ensayo para los efluentes de plantas de

beneficio en el que se varioacute el tiempo de crecimiento de las

especies de pasto azul de 4 a 5 meses y se mantuvo el volumen

de 5000 mL de muestra cuyos resultados se presentan en las

Figuras 5 y 6

Para la Planta de Beneficio 1 se redujo el nuacutemero de especies

de 15 a 10 plantas de pasto azul con dimensiones promedio de

183 cm de raiacutez y 649 cm de hojas Bajo estos paraacutemetros se

alcanzoacute al primer diacutea de tratamiento una concentracioacuten de As

de 0076 mgL-1 valor inferior al liacutemite maacuteximo permisible y

para el octavo diacutea se alcanzoacute el 936 de remocioacuten con un

600 de mortalidad valores que se presentan en la Figura 5

Figura 5 Remocioacuten de As de efluentes liacutequidos de Planta de Beneficio 1 en funcioacuten del nuacutemero de plantas de pasto azul

Figura 6 Remocioacuten de As de efluentes liacutequidos de Planta de Beneficio 2 (PB2) variando dimensiones de planta y tiempo de crecimiento

De la Figura 5 se puede determinar que al trabajar con un

menor nuacutemero de especies se presenta la misma tendencia que

al emplear 15 plantas de pasto azul esto se debe a que el

sistema radicular de las especies del segundo tratamiento se

encontraba maacutes desarrollado lo que favorecioacute en el proceso de

absorcioacuten de As ya que al tener un xilema maacutes desarrollado

aumenta la capacidad hiperacumuladora de metales por las

plantas de acuerdo a lo sentildealado por Rascio amp Navari-Izzo

(2011)

Para la Planta de Beneficio 2 se consideroacute solo al tiempo de

crecimiento de las especies como paraacutemetro de variacioacuten en

este tratamiento se empleoacute 15 especies de pasto azul de 5

meses cuyas dimensiones promedio fueron de 127 cm de raiacutez

y 552 cm de hojas bajo estas condiciones al deacutecimo cuarto

diacutea se llegoacute a una concentracioacuten de 0019 mgL-1 que

representa el 92 de remocioacuten de As Estos resultados fueron

graficados en la Figura 6 conjuntamente con los datos del

Tratamiento 1 y se puede evidenciar que no existe una

variacioacuten significativa entre ellos a pesar de que el sistema

radicular de las especies del Tratamiento 2 eran inferiores sin

embargo permanecieron un mayor tiempo en contacto con

solucioacuten nutritiva

353 Variacioacuten de crecimiento de raiacutez y hojas de especies

pasto azul empleado en rizofiltracioacuten

A fin de determinar coacutemo afecta la absorcioacuten de As en el

crecimiento de las plantas empleadas en la rizofiltracioacuten se

procedioacute a medir la raiacutez y hojas antes y despueacutes del

tratamiento Los resultados se presentan en la Tabla 9

Tabla 9 Dimensiones de raiacutez y hojas de pasto azul

Muestra Parte Dimensiones (cm) Diacuteas

tratamiento

de

remocioacuten As Inicial Final

Riacuteo Siete Hojas 5327 5435

15 9715 Raiacutez 1147 1021

Riacuteo Chico Hojas 6260 6543

8 9740 Raiacutez 1273 1527

Planta de

Beneficio 1

Hojas 6547 6778 9 9214

Raiacutez 1213 1219

Planta de

Beneficio 2

Hojas 6270 6520 15 9600

Raiacutez 1480 880

000

002

004

006

008

010

012

014

0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10

Con

cen

trac

ioacuten

de

As

en s

olu

cioacuten

(mgL

-1)

Diacutea de Tratamiento

Rizofiltracioacuten 15 plantas 5 L Rizofiltracioacuten 10 plantas 5 LLiacutemite maacuteximo permisible

000

003

006

009

012

015

018

021

024

027

0 2 4 6 8 10 12 14 16

Con

cen

trac

ioacuten

n d

e A

s en

solu

cioacuten

(mgL

-1)

Diacuteas de tratamiento

Tratamiento 1_PB2 Tratamiento 2_PB2

Liacutemite maacuteximo permisible

Remocioacuten de Arseacutenico de Efluentes Liacutequidos de Plantas de Beneficio de Oro y Cuerpos Hiacutedricos de la Zona Minera de Ponce Enriacutequez por Rizofiltracioacuten con Pasto Azul (dactylis glomerata)

De los datos presentados se observa que a un mayor tiempo

de retencioacuten el sistema radicular decrece debido a que se ve

debilitado por el contacto con la solucioacuten sin embargo en los

tratamientos que duraron la mitad del tiempo de retencioacuten se

tiene un crecimiento de la raiacutez de las plantas empleadas esto

puede deberse a que hasta ese tiempo la planta asimila al As

como fosfato que es utilizado como nutriente es decir

estimuloacute la produccioacuten de biomasa de raiacuteces manteniendo

concordancia con lo descrito por Vaacutesquez et al (2009) en su

ensayo con plantas de soja en soluciones de arseniato

Ademaacutes se observa que las dimensiones de las hojas de las

especies incrementa esto debido a que el As no afectoacute el

crecimiento de la planta ya que las concentraciones a las que

fueron expuestas son bajas entre 012 y 027 mgL-1

manteniendo concordancia con lo descrito por Machlis (1945)

quien que sentildeala que concentraciones de As de hasta 05 a

06 mgL-1 no suprimen el crecimiento de las plantas

354 Anaacutelisis de As en raiacutez y hojas de plantas de pasto azul

empleado en rizofiltracioacuten

A fin de determinar la cantidad de As retenido por las especies

de pasto azul que fueron empleadas en los diferentes

tratamientos de rizofiltracioacuten se procedioacute a tomar una muestra

de 3 plantas representativas con la raiacutez maacutes abundante y un

promedio de longitud de 13 cm las cuales fueron sometidas a

una disgregacioacuten aacutecida conforme al numeral 233 y

posteriormente se analizoacute la concentracioacuten de As tanto en raiacutez

como hojas mediante ICP-OES

Dushenkov et al (1995) y Del Toro et al (2013) en sus

estudios sentildealaron que la mayoriacutea de las plantas retienen gran

parte de la carga de plomo y As respectivamente en la raiacutez y

una pequentildea fraccioacuten se transporta preferentemente a las hojas

donde es secuestrada y acumulada en la vacuola celular esto

corrobora los datos presentados en la Tabla 10 en los cuales

se puede observar que en promedio maacutes del 768 del

metaloide de intereacutes se retuvo en el sistema radicular y hasta

un 231 en las hojas debido a que el As se inmovilizo en el

sistema radicular de la planta

Por otro lado tambieacuten se analizoacute una muestra de plantas que

no se sometieron a tratamiento de rizofiltracioacuten cuyos

resultados sirvieron para compararlos con las especies

aplicadas en las muestras de agua de los riacuteos asiacute como en las

descargas liacutequidas de las Plantas de Beneficio obteniendo que

los valores maacuteximos superan 10 y 15 veces al valor obtenido

en el blanco ademaacutes las plantas que estuvieron expuestas a las

mayores concentraciones de As (0240 y 0270 mgL-1)

presentaron los valores maacutes altos es decir la absorcioacuten de As

fue directamente proporcional a la concentracioacuten inicial del

metaloide

Tabla 10 Concentracioacuten de As en raiacutez y hojas de pasto azul empleadas en

rizofiltracioacuten

MUESTRA As (mgg-1) As

Raiacutez Hojas Raiacutez Hojas

BLANCO 0109 0019 852 148 RIO CHICO 1069 0360 748 252

RIO SIETE 0220 0082 728 272

PLANTA DE BENEFICIO 1 1624 0248 868 132 PLANTA DE BENEFICIO 2 0127 0047 731 269

Tabla 11 Anaacutelisis de Varianza de resultados de absorcioacuten de As con

diferentes tipos de muestras FV SC gl CM F p

Modelo 006 7 001 185 01 Muestra de tratamiento 006 7 001 185 01

Error 026 59 0 Total 031 66

SC=Suma de cuadrados F=valor estadiacutestico de distribucioacuten de Snedecor

p=valor estadiacutestico para aceptar o rechazar una hipoacutetesis

gL=grados de libertad CM=Media cuadraacutetica

Por otra parte la mayor acumulacioacuten de As en la raiacutez puede

deberse a factores internos de tolerancia de la planta como los

exudados radiculares que estaacuten formados por aacutecidos orgaacutenicos

que permiten la tolerancia de metales en el sistema radical que

pueden influenciar de manera directa en la solubilidad de

elementos ya sean esenciales o no a traveacutes de la acidificacioacuten

quelacioacuten precipitacioacuten y procesos de oacutexidondashreduccioacuten en la

rizoacutesfera y de forma indirecta mediante efectos en la actividad

microbiana en las propiedades fiacutesicas de la rizoacutesfera y en la

dinaacutemica de crecimiento de la raiacutez esto de acuerdo a lo

sentildealado por Gonzales y Zapata (2008) y lo verificado por

Dushenkov et al (1995) en su estudio empleando pasto para

remover plomo

36 Anaacutelisis estadiacutesticos de resultados de tratamiento de

rizofiltracioacuten

Los datos obtenidos referentes a la absorcioacuten de As de las 4

muestras empleadas en el estudio fueron analizados por el

meacutetodo ANOVA utilizando el sistema INFOSTATL a fin de

determinar si existe varianza significativa o no entre los

resultados de absorcioacuten de As de muestras de agua de 2 riacuteos y

2 efluentes de plantas de beneficio de la zona minera de

Camilo Ponce Enriacutequez hasta alcanzar valores inferiores al

liacutemite maacuteximo permisible cuyos resultados se presentan en la

siguiente Tabla

De las Tablas 11 y 12 se determina que el valor obtenido de p

es mayor que el 50 lo que significa que los resultados no

son significativamente diferentes entre siacute ya que se encuentran

dentro del mismo rango por lo que el tratamiento de

rizofiltracioacuten para muestras de agua que se encuentran sobre

los liacutemites maacuteximos permisibles establecidos por la normativa

ambiental son aplicables tanto para agua de cuerpos hiacutedricos

asiacute como para efluentes liacutequidos de plantas de beneficio

Ademaacutes todos los resultados presentan medias similares por

lo que se ubican en un mismo rango reforzando la hipoacutetesis

de que el tratamiento es aplicable a diferentes muestras de

agua

Tabla 12 Test de Tukey 5

Muestra de Tratamiento Medias n EE Rango

Rio Siete A 003 12 002 A

Rio Siete B 004 6 003 A

PLANTA DE BENEFICIO 1 A 006 8 002 A PLANTA DE BENEFICIO 1 B 006 7 002 A

PLANTA DE BENEFICIO 2 B 006 11 002 A

PLANTA DE BENEFICIO 2 A 007 10 002 A Rio Chico A 011 7 002 A

Rio Chico B 013 6 003 A

n=nuacutemero de muestras EE=error estaacutendar

Remocioacuten de Arseacutenico de Efluentes Liacutequidos de Plantas de Beneficio de Oro y Cuerpos Hiacutedricos de la Zona Minera de Ponce Enriacutequez por Rizofiltracioacuten con Pasto Azul (dactylis glomerata)

37 Anaacutelisis de resultados de implementacioacuten de ensayo a

escala piloto y propuesta de humedal para depuracioacuten

de efluentes liacutequidos

A fin de que el proceso de estudio sea aplicable como una

alternativa de tratamiento de efluentes liacutequidos de la industria

minera se consideroacute su aplicacioacuten en humedales artificiales

con pasto azul Para este proceso se emplearon 15 plantas en

cada humedal con 6 meses de crecimiento y dimensiones

promedio de 284 cm (raiacutez) y 660 cm (hojas) en el primer

humedal y 257 cm (raiacutez) y 594 cm (hojas) para el segundo

humedal las mismas que previamente se desarrollaron de

manera hidropoacutenica y fueron trasplantadas a los humedales

donde se adaptaron por 5 diacuteas (Seccioacuten 24)

Considerando que en los resultados de seccioacuten 36 se observa

que al segundo diacutea de tratamiento ya se obtienen valores de As

bajo el liacutemite maacuteximo permisible establecido en la normativa

ambiental para este estudio se consideroacute un tiempo de

retencioacuten de 48 horas previo a la descarga del efluente liacutequido

cuyos resultados se presentan en la Tabla 13

De los resultados se puede establecer que a las 48 horas se

logra obtener concentraciones de As bajo el liacutemite maacuteximo

permisible establecido por la normativa ambiental de

01 mgL-1 lo que corresponde al 98 y 95 de remocioacuten

del metaloide de los efluentes de las plantas de beneficio 1 y

2 respectivamente conforme se observoacute en los numerales

anteriores eacuteste porcentaje de remocioacuten se lo alcanza al seacuteptimo

o deacutecimo quinto diacutea de tratamiento sin embargo al combinar

la capacidad de absorcioacuten de As del pasto azul con el sustrato

empleado permiten incrementar la eficiencia del tratamiento

en un menor tiempo de aplicacioacuten

Otte amp Jacob (2006) sentildealan que existe una eficiencia del 65

para la remocioacuten de As empleando humedales artificiales

valor que confirma los datos obtenidos en la Tabla 13 Ademaacutes

se puede verificar que a menor concentracioacuten inicial se obtiene

una mayor remocioacuten del metaloide con una mortalidad del

10 debido a la capacidad de adaptacioacuten del pasto azul por

tanto pueden ser empleadas en varios procesos de

remediacioacuten sin embargo deberaacuten ser puestas en contacto con

solucioacuten nutritiva a fin de que las mismas se regeneren

Por otra parte con estos resultados se realizoacute la propuesta de

disentildeo de un humedal artificial para el tratamiento de efluentes

liacutequidos de plantas de beneficio a fin de disminuir la

concentracioacuten de As hasta niveles bajo el liacutemite maacuteximo

permisible para descargas liacutequidas a cuerpos hiacutedricos

Se considera un humedal artificial de flujo subsuperficial

vertical con comportamiento de un reactor de flujo ideal en

pistoacuten y modelo cineacutetico de remocioacuten de As de primer orden

(Culqui 2015)

Tabla 13 Remocioacuten de As en humedales artificiales con pasto azul

Tipo de muestra As (mgL-1) Remocioacuten

de As Inicial Final

Planta de Beneficio 1 014 0005 980

Planta de Beneficio 2 024 0013 950

(1) Liacutemite Maacuteximo Permisible Anexo 1 Tabla 9 Liacutemites de Descarga a un Cuerpo de Agua Dulce TULSMA

Tabla 14 Dimensionamiento de un humedal artificial Paraacutemetro Descripcioacuten Unidad Valor

Consideraciones

H(1) Altura Humedal m 060

Q Caudal entrada Ldiacutea-1 288000 Co Concentracioacuten Inicial As mgL-1 024

Cf Concentracioacuten Final de As mgL-1 0015

k Constante cineacutetica diacutea-1 -138 Ɛ(2) Porosidad del material 038

Dimensiones

As Aacuterea superficial total m2 2526

W Ancho m 410 L Largo m 616

t Tiempo de retencioacuten hidraacuteulico diacutea 2

n Nuacutemero de celdas 2

(1) Luna amp Castantildeeda 2014 (2) Saacutenchez 2010

Las dimensiones del humedal propuesto para el tratamiento se

presentan en la Tabla 14 donde se consideroacute una planta de

beneficio de pequentildea mineriacutea que descarga 010 Lseg-1 que

corresponderiacutea al caudal miacutenimo de entrada al humedal con

estos datos se establecioacute que se requiere un aacuterea superficial de

2526 m2 con dimensiones de 410 m de ancho 616 m de

largo y 060 m de profundidad Con un tiempo de retencioacuten de

2 diacuteas para alcanzar la remocioacuten de As hasta valores bajo la

norma ambiental aplicable

Para tratar mayores caudales de efluentes en los humedales

artificiales se deberiacutean emplear aacutereas maacutes extensas mayor

tiempo de retencioacuten y mayor nuacutemero de plantas por ellos se

podriacutean establecer varios humedales en paralelo

4 CONCLUSIONES

Para la ejecucioacuten del presente estudio se contemplaron los tres

principales distritos mineros de pequentildea mineriacutea del Ecuador

determinando que los cuerpos hiacutedricos de Camilo Ponce

Enriacutequez en promedio superaban 20 veces el liacutemite maacuteximo

permisible de As establecido en la Tabla 2 Criterio de Calidad

Admisible para la preservacioacuten de la vida acuaacutetica y silvestre

en agua dulce marinas y de estuario del Anexo del Texto

Unificado de Legislacioacuten Secundaria del Ministerio del

Ambiente las altas concentraciones de As puede deberse a la

geologiacutea de la zona asiacute como a las ineficientes teacutecnicas de

explotacioacuten y procesamiento del mineral por parte de los

mineros artesanales y pequentildeos mineros

Las plantas que presentan mejores caracteriacutesticas para la

absorcioacuten de As en solucioacuten son el jacinto de agua pasto azul

y helecho acuaacutetico miniatura De estas el pasto azul presentoacute

el 96 de remocioacuten de As con un 473 de mortalidad y 28

de marchitamiento para soluciones con una concentracioacuten de

0154 mgL-1 del metaloide en referencia por lo que se

seleccionoacute esta especie como la maacutes resistente para los

tratamientos de rizofiltracioacuten

El tratamiento de rizofiltracioacuten con pasto azul aplicado a

muestras de agua tanto de cuerpos hiacutedricos como efluentes

liacutequidos de plantas de beneficio de la zona minera de Camilo

Ponce Enriacutequez que presentaban concentraciones de As entre

0120 y 0270 mgL-1 permite obtener maacutes del 90 de

remocioacuten de As llegando a concentraciones inferiores al

liacutemite maacuteximo permisible tanto el establecido por la normativa

ambiental ecuatoriana asiacute como por la Organizacioacuten Mundial

Remocioacuten de Arseacutenico de Efluentes Liacutequidos de Plantas de Beneficio de Oro y Cuerpos Hiacutedricos de la Zona Minera de Ponce Enriacutequez por Rizofiltracioacuten con Pasto Azul (dactylis glomerata)

de la Salud por lo que se puede establecer que el tratamiento

de rizofiltracioacuten es aplicable a muestras reales que contienen

varios metales disueltos con resultados similares a los

alcanzados empleando soluciones sinteacuteticas de un metal en

especiacutefico es decir que los otros metales no inhibieron la

capacidad del pasto azul para absorber As

Las plantas de pasto azul con mayores dimensiones de su

sistema radicular presentan los porcentajes de remocioacuten de As

superiores como se evidencia en las muestras del riacuteo Chico y

Planta de Beneficio 2 de 974 y 96 respectivamente es

decir la remocioacuten del contaminante incrementa con el tamantildeo

de la raiacutez

Las plantas de pasto azul empleadas en el tratamiento de

rizofiltracioacuten presentaron un incremento de longitud de raiacuteces

y hojas de 219 cm en promedio lo que indica que las

concentraciones de As a las que estuvieron expuestas no

inhibieron el desarrollo de las mismas por lo que una vez

finalizado el tratamiento eacutestas pueden ser regeneradas en

contacto con solucioacuten nutritiva

Maacutes del 70 del As contenido en las especies usadas para el

tratamiento de rizofiltracioacuten se acula en el sistema radicular

esto debido tanto a la retencioacuten del metaloide en la pared

celular como a la complejacioacuten de las fitoquelatinas en la

vacuola celular de la planta

El tratamiento de rizofiltracioacuten en un humedal artificial

incrementa su eficiencia debido a la interaccioacuten que existe

entre las raiacuteces y el sustrato lo que permite que al segundo diacutea

se alcance el 95 de remocioacuten de As del efluente liacutequido

industrial llegando a valores inferiores al liacutemite maacuteximo

permisible de 01 mgL-1 establecido por la normativa

ambiental ecuatoriana concentracioacuten a la cual es permitida su

descarga a un cuerpo hiacutedrico

Un humedal artificial de flujo subsuperficial vertical con

plantas enraizadas de un aacuterea superficial de 2526 m2 (410 m

de ancho por 616 m de largo) con un tiempo de retencioacuten de

2 diacuteas puede ser empleado para tratar efluentes liacutequidos

industriales con porcentajes de remocioacuten de As superiores al

95 para una capacidad de 2880 Ldiacutea-1

Una vez finalizado el tratamiento de rizofiltracioacuten las plantas

empleadas para la absorcioacuten de metales deben ser gestionadas

como un desecho peligroso debido a su alta concentracioacuten de

metales por lo que se recomienda que las mismas sean

incineradas previo a su disposicioacuten final ya sean en celdas de

seguridad o reutilizarlas como fuente para recuperar los

metales

5 AGRADECIMIENTO

Los autores muestran su agradecimiento al Departamento de

Metalurgia Extractiva (DEMEX) de la Escuela Politeacutecnica

Nacional por el financiamiento de la presente investigacioacuten

mediante los fondos del proyecto PII-DEMEX-001-2019

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Zantedeschia aethiopica and Anemopsis californica Ecotoxicology and Environmental Safety 94 67ndash72 httpdoi101016jecoenv201304024

DEDICATORIA

A mi madre Beatriz por su amor incondicional y fortaleza ya que sin ella nada seriacutea posible

Remocioacuten de Arseacutenico de Efluentes Liacutequidos de Plantas de Beneficio de Oro y Cuerpos Hiacutedricos de la Zona Minera de Ponce Enriacutequez por Rizofiltracioacuten con Pasto Azul (dactylis glomerata)

Remocioacuten de Arseacutenico de Efluentes Liacutequidos de Plantas de Beneficio de

Oro y Cuerpos Hiacutedricos de la Zona Minera de Ponce Enriacutequez por

Rizofiltracioacuten con Pasto Azul (dactylis glomerata)

Quishpe Aacutengela(1) Guevara Alicia(2)

Departamento de Metalurgia Extractiva Escuela Politeacutecnica Nacional Ladroacuten de Guevara E11-253 Quito Ecuador

Teleacutefono (5932)2976300 (ext5806) E-Mail (1) angelaquishpeepneduec (2)aliciaguevaraepneduec

Resumen El presente trabajo se evaluoacute la remocioacuten de As de muestras de agua de dos cuerpos hiacutedricos y dos efluentes de

plantas de beneficio de oro de la zona minera de Camilo Ponce Enriacutequez a traveacutes del tratamiento de rizofiltracioacuten con pasto azul

(dactylis glomerata) Esta especie fue previamente seleccionada por su capacidad de remocioacuten de As del 96 en soluciones

sinteacuteticas Para el estudio se partioacute de concentraciones de As de 012 y 027 mgL-1 para muestras de los riacuteos Siete y Chico y

014 y 024 mgL-1 para efluentes de dos plantas de beneficio respectivamente Despueacutes del cuarto diacutea de tratamiento por

rizofiltracioacuten la concentracioacuten de As ya presentaba valores bajo el liacutemite maacuteximo permisible establecido en la normativa

ambiental ecuatoriana (005 y 01 mgL-1) que corresponden al 80 de remocioacuten Asiacute mismo se determinoacute que maacutes del 70 del

As contenido en las especies se acumula en la raiacutez esto debido a la retencioacuten del metaloide en la pared celular como por la

complejacioacuten de las fitoquelatinas en la vacuola celular de la planta A partir de los resultados obtenidos a escala laboratorio se

realiza una prueba piloto en un humedal artificial con 5 L de muestras de efluente logrando una remocioacuten del 98 de As al

segundo diacutea de tratamiento la eficiencia del proceso se incrementoacute debido a la interaccioacuten del sistema radicular del pasto azul

con el sustrato del humedal

Palabras clave Arseacutenico rizofiltracioacuten cuerpos hiacutedricos efluentes liacutequidos remocioacuten

Abstract The present study evaluated the removal of As from water samples from two rivers and two effluents from gold

processing plants in the mining area of Camilo Ponce Enriquez through the treatment of rizofiltration with blue grass (dactylis

glomerata) This species was previously selected for its 96 As removal capacity in synthetic solutions For the study

concentrations of As of 012 and 027 mgL-1 were used for samples of the Siete and Chico rivers and 014 and 024 mgL-1 for

effluents of two gold processing plants respectively After the fourth day of treatment by rizofiltration the concentration of As

already had values below the maximum permissible limit established in the Ecuadorian environmental regulations (005 and 01

mgL-1) that correspond to 80 removal Likewise it was determined that more than 70 of the As contained in the species

accumulates in the root this due to the retention of the metalloid in wall cell as well as the complexation of the phytochelatins

in the cellular vacuole of the plant From the results obtained at the laboratory scale a pilot test is carried out in an artificial

wetland with 5 L of effluent samples achieving a 98 removal of As on the second day of treatment the efficiency of the

process was increased due to the interaction of the root of the blue grass with the wetland substrate

Keywords Arsenic rhizofiltration rivers liquid effluents removal

1 INTRODUCCIOacuteN

En Ecuador tanto la extraccioacuten como el procesamiento de oro

se han desarrollado principalmente a escala artesanal y de

pequentildea mineriacutea ambos caracterizados por un escaso nivel de

tecnificacioacuten y la insuficiente participacioacuten de personal

capacitado Esta situacioacuten ha provocado entre otros

problemas la inadecuada gestioacuten de los recursos naturales el

incremento de riesgos geoloacutegicos la deficiencia de sistemas

de seguridad y salud ocupacional ademaacutes de la contaminacioacuten

del agua suelo y aire (Cumbal et al 2014)

Esta problemaacutetica se hace maacutes evidente en las provincias de

Azuay El Oro y Zamora Chinchipe especiacuteficamente en los

distritos mineros de Nambija Portovelo-Zaruma y Camilo

Ponce Enriacutequez (Ministerio de Mineriacutea 2016) En estas zonas

los minerales auriacuteferos que contienen cantidades importantes

(gt 15) de sulfuros como pirita pirrotina arsenopirita y

calcopirita (De la Torre y Diacuteaz 2000) se procesan en molinos

chilenos (trapiches) se concentran gravimeacutetricamente y el oro

grueso presente se recupera por amalgamacioacuten con mercurio

esto a pesar de la prohibicioacuten establecida en la Reforma de la

Ley de Mineriacutea del antildeo 2013 El oro fino del material residual

se recupera por cianuracioacuten y este proceso genera grandes

voluacutemenes de efluentes que contienen concentraciones

elevadas de metales como As Cu y Hg

Los efluentes generados en estos procesos metaluacutergicos son

considerados desechos peligrosos sin embargo en muchos

casos debido a una inadecuada gestioacuten ambiental y ubicacioacuten

geograacutefica estos son depositados cerca de pendientes y riacuteos

(Appleton et al 2001) Las descargas al ambiente sin ninguacuten

tratamiento previo de efluentes que contienen metales pesados

disueltos y otras sustancias quiacutemicas ha generado que la mayor

Remocioacuten de Arseacutenico de Efluentes Liacutequidos de Plantas de Beneficio de Oro y Cuerpos Hiacutedricos de la Zona Minera de Ponce Enriacutequez por Rizofiltracioacuten con Pasto Azul (dactylis glomerata)

afectacioacuten ambiental se concentre en los cuerpos hiacutedricos de

las aacutereas cercanas a la explotacioacuten minera (Jimeacutenez et al

2016 Tarras et al 2001 Cumbal et al 2014) Esta situacioacuten

representa un riesgo potencial para el ambiente los habitantes

de estas zonas asiacute como a la agricultura y acuacultura

(PRODEMINCA 1998)

En este contexto los metales pesados presentes tanto en los

efluentes liacutequidos como en los relaves generados en los

procesos de extraccioacuten auriacutefera constituyen un riesgo latente

debido a su peligrosidad ya que al no ser ni quiacutemica ni

bioloacutegicamente degradables pueden permanecer cientos de

antildeos en el ambiente y provocar la degradacioacuten de los cuerpos

hiacutedricos (Tarras et al 2001)

La preocupacioacuten que ha generado este tema ha llevado a que

se realice monitoreos de la calidad de agua de los tres

principales distritos mineros del Ecuador realizados por

PRODEMINCA (1998) Appleton et al (2001) asiacute como

INIGEMM (2014) En estos estudios se determinoacute que la

concentracioacuten de As en los riacuteos de la zona de Camilo Ponce

Enriacutequez es superior a la de los ubicados en Zaruma Portovelo

y Nambija conforme se detalla en la Tabla 1

Se ha determinado que los cuerpos hiacutedricos del distrito minero

de Camilo Ponce Enriacutequez presentan valores promedio de As

20 veces superiores a los liacutemites maacuteximos permisibles

establecidos por la normativa ambiental para la preservacioacuten

de la vida acuaacutetica y silvestre en agua dulce (005 mg L-1) y

64 veces maacutes que la concentracioacuten miacutenima recomendada por

la Organizacioacuten Mundial de la Salud (10 ug L-1)

Tabla 1 Resultados del monitoreo de la concentracioacuten de As en los cuerpos hiacutedricos de los 3 principales distritos mineros

Distrito minero Zona de muestreo As (mgL-1)

Camilo Ponce

Enriacutequez

Riacuteo Chico-Riacuteo Gala(3) 282

Quebrada Jaboacuten(2) 0893

Riacuteo Siete(3) 0785

Riacuteo Chico(2) 0051

Riacuteo Siete (valor maacuteximo)(1) 047

Quebrada Cantildea Quemada(3) 0044

Riacuteo Guanache(2) 0036

Ex Camp Militar Saraguro(2)

0027

Riacuteo Tenguel(2) 0003

Zaruma -

Portovelo

Riacuteo Calera(3) 1983

Riacuteo Calera AJ Amarillo(2) 052

Riacuteo Amarillo AJ Pindo(2) 0343

Riacuteo Amarillo(2) 0302

Riacuteo Pindo(3) 0051

Riacuteo Amarillo(3) 0001

Riacuteo Calera y Amarillo(1) ND

Nambija

Quebrada Calixto(3) 0026 Quebrada Nambija(2) 0016

Quebrada Cambana(3) 0009

Quebrada Calixto(2) 0003 Riacuteo Nambija(3) 0003

Las Orquiacutedeas(2) 0002

Riacuteo Nambija(1) ND Quebrada Campanas(2) ND

Quebrada Cumay(2) ND

Liacutemite maacuteximo permisible As (mg L-1)(4) 005

Fuente (1) (Appleton et al 2001) (2) (INIGEMM 2014) (3) (PRODEMINCA 1998) (4) Liacutemite Maacuteximo Permisible Anexo 1 Tabla 2

Criterio de Calidad Admisible para la preservacioacuten de la vida acuaacutetica y silvestre en agua dulce marinas y de estuario TULSMA 2015 ND no se

ha determinado valor

Por este motivo es de vital importancia que los efluentes

liacutequidos generados en las plantas de beneficio antes de su

descarga a los cuerpos hiacutedricos cuenten con un tratamiento

previo ya que la exposicioacuten prolongada a eacuteste metaloide

puede causar alteraciones en el sistema nervioso y circulatorio

asiacute como en la piel pudiendo llegar a provocar

hidroarsenicismo croacutenico regional endeacutemico (HACRE)

enfermedad que se atribuye al consumo de agua con alto

contenido de As durante un largo tiempo e incluso provocar

caacutencer de piel pulmoacuten vejiga entre otros (Minaverry amp

Caacuteceres 2016 Salido et al 2003 OMS 2018 Vithanage et

al 2017)

Actualmente existen varios estudios sobre la aplicacioacuten de

teacutecnicas de remediacioacuten para la remocioacuten de As en agua entre

las cuales se consideran procesos fiacutesicos quiacutemicos como son

adsorcioacuten intercambio de iones precipitacioacutenndashcoagulacioacuten

filtracioacuten de membrana tambieacuten se contemplan procesos

bioloacutegicos como tratamientos con microorganismos o bio

filtracioacuten asiacute como la fitorremediacioacuten (Jang et al 2005

Boglione R et al 2019 Mondal et al 2006 McCutcheon amp

Joslashrgensen 2008)

La fitorremediacioacuten es una alternativa sustentable y de bajo

costo para la rehabilitacioacuten de ambientes afectados por

contaminantes naturales y antropogeacutenicos y es especialmente

uacutetil para el tratamiento de metales pesados (Delgadillo et al

2011 Gonzales 2014 Covarrubias amp Pentildea 2016 Tiwari

2019) ya que aprovecha la capacidad de especies vegetales

para extraer acumular inmovilizar y transformar los

contaminantes del agua (Rahman amp Hasegawa 2011) Las

plantas empleadas son capaces de retener altas

concentraciones de metales toacutexicos en sus raiacuteces brotes y

hojas (Tangahu et al 2011) por lo que se las ha definido

como un sistema de bombeo y filtracioacuten impulsado por energiacutea

solar que actuacutean como acumuladores que sobreviven a pesar

de concentrar contaminantes en sus tejidos eacutestos los

biodegradan o bio-transforman en formas inertes

(Cunningham et al 1993)

Existen especies vegetales que son maacutes eficaces para absorber

diferentes tipos de metales como el Pb Zn Cu Co Cr As y

varios radionucleiacutedos Los cambios maacutes importantes que se

aprecian en las plantas empleadas en estos tratamientos son

morfoloacutegicos y de deficiencia de crecimiento eacutestos dependen

del tipo de especie utilizada en el tratamiento (Raskin et al

1997 Yadav et al 2011 Ali et al 2013)

Las teacutecnicas de fitorremediacioacuten tienen varias ventajas ya que

las plantas pueden prosperar en ambientes altamente toacutexicos

debido a que requieren poco cuidado ademaacutes de generar gran

cantidad de biomasa rica en metales que una vez finalizado el

tratamiento pueden reciclarse pero tambieacuten se enfrentan a

desafiacuteos como la baja reproduccioacuten de las especies en medios

menos controlados y la concentracioacuten excesiva de metales

pesados que limita la remocioacuten de los mismos (McIntyre T

2003 Ali et al 2013)

Una de las teacutecnicas de fitorremediacioacuten maacutes aplicada en medio

acuaacutetico es la rizofiltracioacuten donde las raiacuteces absorben

concentran y precipitan los metales pesados presentes en aguas

Remocioacuten de Arseacutenico de Efluentes Liacutequidos de Plantas de Beneficio de Oro y Cuerpos Hiacutedricos de la Zona Minera de Ponce Enriacutequez por Rizofiltracioacuten con Pasto Azul (dactylis glomerata)

residuales este proceso incluye el transporte de contaminantes

metaacutelicos hacia la superficie de la raiacutez absorbente asiacute como la

absorcioacuten del metal a traveacutes de las membranas de las ceacutelulas

de la raiacutez hacia la biomasa siendo importante las interacciones

entre planta-agua a fin de controlar la recuperacioacuten de

contaminantes especiacuteficos de los cuerpos hiacutedricos

(Dushenkov et al 1995 Yadav et al 2011 Verma et al

2006)

Las plantas maacutes efectivas para este tipo de fitoremediacioacuten

son las especies terrestres que crecen en medios hidropoacutenicos

cuyas raiacuteces deben ser de raacutepido crecimiento con la capacidad

de eliminar metales toacutexicos durante largos periacuteodos de tiempo

de exposicioacuten (Raskyn et al 1997 Khilji amp Bareen 2008)

La rizofiltracioacuten presenta varias ventajas como depurar varios

metales tratar grandes voluacutemenes de efluentes menor

necesidad de productos quiacutemicos toacutexicos reduccioacuten del

volumen de residuos secundarios reciclaje y efectividad en el

cumplimiento de la normativa ambiental (Raskyn et al 1997

Dushenkov et al 1995 Padmavathiamma et al 2007 Yadav

et al 2011)

Ejemplos exitosos del uso de esta teacutecnica son los humedales

artificiales camas de cantildea y sistemas de planta flotante para el

tratamiento de algunos tipos de aguas residuales en este caso

los metales se acumulan mayoritariamente en las raiacuteces de las

plantas empleadas Trabajos realizados por Lintildeaacuten (2016)

Flores (2017) y Barreto (2019) lograron obtener valores de

remocioacuten de As en soluciones sinteacuteticas de 22 50 98

96 empleando especies como la Quinuilla (Chenopodium

aacutelbum) cebolla Allium cepa Jacinto de agua (Eichhornia

crassipes) Pasto Azul (Dactylis glomerata) respectivamente

Hasta ahora en el Ecuador no se evidencia la aplicacioacuten de

sistemas de remediacioacuten de aguas contaminadas por As en

zonas mineras La presente investigacioacuten tiene como objetivo

principal evaluar la capacidad de remocioacuten de este metal de

efluentes liacutequidos de plantas de beneficio y de cuerpos hiacutedricos

ubicados en el distrito Minero de Camilo Ponce Enriacutequez

En este trabajo se emplearaacute la rizofiltracioacuten con pasto azul

(Dactylis glomerata) para absorber acumular estabilizar o

reducir el As presente en efluentes liacutequidos de dos plantas de

beneficio y dos cuerpos hiacutedricos del distrito minero en

referencia El tratamiento se aplicaraacute hasta alcanzar niveles de

As inferiores a los liacutemites maacuteximos permisibles establecidos

en la normativa ambiental ecuatoriana tanto a escala

laboratorio como piloto A partir de los resultados obtenidos

se espera motivar la aplicacioacuten del proceso por parte de las

empresas mineras de la zona como un tratamiento no

convencional que mejorariacutea la gestioacuten ambiental de sus

actividades

2 METODOLOGIacuteA

21 Caracterizacioacuten de las muestras de estudio

211 Seleccioacuten de la zona de estudio

Con base en la informacioacuten existente sobre los monitoreos de

calidad de agua de los riacuteos en los principales distritos mineros

del sur de Ecuador realizadas por PRODEMINCA (1998)

Appleton et al (2001) asiacute como por el INIGEMM (2014) se

seleccionoacute como aacuterea de estudio el distrito de Camilo Ponce

Enriacutequez

En esta zona se identificaron dos cuerpos hiacutedricos (riacuteo Siete y

riacuteo Chico) que presentaban concentraciones elevadas de As

que son superiores a 005 mg L-1 liacutemite maacuteximo permisible

establecido en la normativa ambiental ecuatoriana Anexo 1

Tabla 2 (Ministerio del Ambiente 2015)

Ademaacutes se identificaron dos plantas de beneficio ubicadas en

la zona de influencia de los cuerpos hiacutedricos seleccionados

cuyos efluentes liacutequidos presentaron concentraciones de As

superiores a 01 mgL-1 que corresponde al liacutemite maacuteximo

permisible establecido en el Anexo 1 Tabla 9 (Ministerio del

Ambiente 2015)

212 Toma de muestras de efluentes liacutequidos y cuerpos

hiacutedricos del distrito minero Camilo Ponce Enriacutequez

Con la identificacioacuten de los cuerpos hiacutedricos y plantas de

beneficio ubicados en el distrito minero de Camilo Ponce

Enriacutequez se procedioacute con un muestreo puntual para lo cual se

empleoacute el meacutetodo establecido en la Norma Teacutecnica INEN

2176 (Instituto Ecuatoriano de Normalizacioacuten 2013)

Las muestras fueron transportadas en un cajoacuten refrigerado por

viacutea terrestre al laboratorio del Departamento de Metalurgia

Extractiva (DEMEX) donde se realizaron los respectivos

anaacutelisis para la caracterizacioacuten fiacutesico ndash quiacutemica a fin de

determinar las condiciones iniciales previo a la aplicacioacuten del

proceso de rizofiltracioacuten como alternativa de depuracioacuten

213 Caracterizacioacuten de las muestras bajo estudio

La caracterizacioacuten quiacutemica de las muestras se realiza

empleando un equipo de absorcioacuten atoacutemica (AAnalyst 300

PERKIN ELMER) y un ICP-OES (PERKIN ELMER Optima

8000) para determinar la concentracioacuten inicial de Cu Cd Pb

Fe Zn Hg y principalmente As Ademaacutes se midioacute el pH de

las muestras y los soacutelidos suspendidos presentes

Se consideraron estos paraacutemetros ya que los mismos cuentan

con liacutemites maacuteximos permisibles establecidos en la normativa

ambiental vigente y que tienen incidencia en los criterios de

calidad para tratamiento de aguas afectadas por actividades

mineras (Quishpe 2010)

22 Desarrollo de cultivos hidropoacutenicos de plantas para

rizofiltracioacuten

221 Seleccioacuten de especie con mayor capacidad de

absorcioacuten de As en medio acuoso

Para la seleccioacuten de la especie con mayor porcentaje de

absorcioacuten de As se realizaron ensayos con plantas de jacinto

de agua (eichhornia crassipes) pasto azul (poa pratensis) y

helecho acuaacutetico miniatura (azolla) las cuales se desarrollaron

en cultivos hidropoacutenicos (Barreto 2019)

Remocioacuten de Arseacutenico de Efluentes Liacutequidos de Plantas de Beneficio de Oro y Cuerpos Hiacutedricos de la Zona Minera de Ponce Enriacutequez por Rizofiltracioacuten con Pasto Azul (dactylis glomerata)

Las especies seleccionadas fueron separadas en tres grupos de

10 plantas y cada una de ellas se colocoacute en contacto con

400 mL de soluciones sinteacuteticas de As de 0154 mgL-1

0375 mgL-1 y 0847 mgL-1 durante 15 diacuteas Durante este

periodo se llevoacute un registro del pH de las soluciones asiacute como

del marchitamiento mortalidad y coloracioacuten de las plantas

Los diacuteas 1 2 3 6 7 8 9 y 15 del ensayo se tomaron aliacutecuotas

de 10 mL para el anaacutelisis de la concentracioacuten de As en el ICP-

OES Se determinoacute el porcentaje de absorcioacuten del metal

pesado por las plantas con base en la diferencia entre la

concentracioacuten inicial y final de este metaloide en solucioacuten

ademaacutes se consideroacute la peacuterdida de volumen de muestra debido

a la evaporacioacuten y absorcioacuten propia de las plantas

En funcioacuten de los resultados obtenidos se seleccionoacute la especie

que presentoacute el mayor porcentaje de absorcioacuten de As en

soluciones sinteacuteticas para su posterior aplicacioacuten en ensayos

de depuracioacuten de aguas de riacuteo y efluentes de la zona de Camilo

Ponce Enriacutequez

222 Desarrollo de cultivos hidropoacutenicos de pasto azul

(dactylis glomerata)

Se implementaron semilleros hidropoacutenicos empleando como

sustrato espuma de poliuretano en cubos de 25 cm por arista

Cada cubo se humedecioacute con agua destilada previo a colocar

3 a 4 semillas de pasto azul (dactylis glomerata) con el fin de

facilitar la germinacioacuten (Quishpe 2010)

Los cubos con las semillas se colocaron en recipientes

(semilleros) que se cubrieron con agua destilada y se dejaron

reposar por 24 horas para que el sustrato capte toda la

humedad necesaria para favorecer la germinacioacuten

Transcurrido ese periodo se evacuoacute el exceso de agua para que

prosiga el proceso Durante esta etapa se realizoacute una

depuracioacuten de las plaacutentulas que no germinaron

Las primeras plaacutentulas germinadas fueron trasladadas a

bandejas con solucioacuten nutritiva que provee los nutrientes

necesarios para su adecuado desarrollo (INTAGRI 2017)

Esta solucioacuten fue elaborada a partir de macronutrientes como

fosfato di aacutecido de potasio (KH2PO4) nitrato de potasio

(KNO3) nitrato de calcio tetra hidratado [Ca(NO3)24H2O]

sulfato de magnesio hepta hidratado (MgSO47H2O) y

micronutrientes como EDTA de hierro (Fe) sulfato

manganoso hidratado (MnSO4 H2O) aacutecido boacuterico (H3BO3)

sulfato cuacuteprico penta hidratado (CuSO45H2O) molibdato de

amonio tetra hidratado [(NH4)6Mo7O24H2O] sulfato de zinc

hepta hidratado (ZnSO47H2O) cuya composicioacuten se presenta

en la Ficha Teacutecnica III Las plaacutentulas permanecen en las

bandejas hasta alcanzar una longitud de 10 a 12 cm

Las plantas ya desarrolladas fueron trasladas a un sistema

hidropoacutenico vertical NFT (Nutrient Film Technique) que estaacute

compuesto de a) Canales para cultivo hidropoacutenico (tubos PVC

de 3 m de largo y 01 m de diaacutemetro) b) Estructura de madera

(1 m de base 24 de largo y 21 de alto) y c) Sistema de

bombeo y alimentacioacuten (red de distribucioacuten bomba y tanque

de alimentacioacuten) conforme a la Figura 1 Ademaacutes en los

canales para el cultivo hidropoacutenico las plantas se colocaron

con una separacioacuten de 5 cm entre cada una de ellas

Figura 1 Esquema sistema hidropoacutenico vertical NFT

(Nutrient Film Technique)

Durante el proceso de crecimiento de las plantas de pasto azul

se controloacute su longitud la presencia de plagas y la mortalidad

de las mismas Las plantas permanecieron de 4 a 5 meses

dentro de este sistema hasta que presentaron longitudes

promedio de 60 cm en hojas y 12 cm en raiacutez previo a ser

empleadas en el tratamiento de rizofiltracioacuten de las muestras

de efluentes y cuerpos hiacutedricos (Barreto 2019)

23 Remocioacuten de As de efluentes liacutequidos de plantas de

beneficio y cuerpos hiacutedricos por rizofiltracioacuten con pasto

azul a escala laboratorio

Las muestras de efluentes liacutequidos de dos plantas de beneficio

y dos cuerpos hiacutedricos del distrito minero de Camilo Ponce

Enriacutequez que presentaron concentraciones de As superiores a

los liacutemites maacuteximos permisibles establecidos en la normativa

ambiental se trataron por rizofiltracioacuten con pasto azul

desarrollado por medios hidropoacutenicos (4 y 5 meses)

Para la depuracioacuten de los efluentes y el agua de los cuerpos

hiacutedricos a escala laboratorio se emplearon en cada caso

5000 mL de muestra que se colocaron en contacto con plantas

de pasto azul de 4 meses de crecimiento a las cuales se les

midioacute previamente la longitud de la raiacutez y las hojas conforme

a la Figura 2

Durante el tratamiento con una periodicidad de 48 horas se

tomaron aliacutecuotas de 30 mL de muestras de efluentes y aguas

para determinar la concentracioacuten de As remanente en las

soluciones empleando ICP-OES

El proceso de depuracioacuten de As por rizofiltracioacuten para los

efluentes de las plantas de beneficio de oro finalizoacute una vez

que la solucioacuten residual alcanzoacute concentraciones menores a

01 mgL-1 y 005 mg L-1 para las aguas de los cuerpos

hiacutedricos En ambos casos los porcentajes de remocioacuten del

metaloide fueron superiores al 90

Se realizoacute otro ensayo de rizofiltracioacuten para ello se incrementoacute

el tiempo de crecimiento de las especies de pasto azul de 4 a 5

meses a fin de determinar coacutemo variacutea este paraacutemetro en la

absorcioacuten de As y se procedioacute con el tratamiento antes

detallado Para este tratamiento se redujo el nuacutemero de plantas

a 10 especies y se empleoacute 3000 mL de muestra de agua para

cuerpos hiacutedricos y 5000 mL para efluentes liacutequidos de plantas

de beneficio

Remocioacuten de Arseacutenico de Efluentes Liacutequidos de Plantas de Beneficio de Oro y Cuerpos Hiacutedricos de la Zona Minera de Ponce Enriacutequez por Rizofiltracioacuten con Pasto Azul (dactylis glomerata)

Figura 2 Tratamiento de rizofiltracioacuten con pasto azul (dactylis glomerata)

Durante todos los ensayos a escala laboratorio se determinaron

porcentajes de mortalidad marchitamiento y tamantildeo de hojas

con el fin de establecer el grado de afectacioacuten de la absorcioacuten

de As en el desarrollo de la planta y su eficiencia en el

tratamiento

Una vez finalizados los diferentes tratamientos por

rizofiltracioacuten con pasto azul se determinoacute la concentracioacuten de

As presente en las hojas y la raiacutez de las plantas empleadas

durante el proceso Con este fin las plantas se secaron a

temperatura ambiente por dos semanas y se llevaron

separadamente a disgregacioacuten con aacutecido niacutetrico (65) Las

soluciones obtenidas se llevaron a anaacutelisis de la concentracioacuten

de As en ICP-OES Esto con el fin de determinar en queacute

seccioacuten de la planta se alojaba la mayor cantidad del metaloide

Con todos los datos obtenidos se realizoacute un anaacutelisis estadiacutestico

del comportamiento de cada ensayo para ello se aplicaraacute el

meacutetodo de varianza global (ADEVA o ANOVA)

24 Remocioacuten de As de efluentes liacutequidos de plantas de

beneficio por rizofiltracioacuten con pasto azul a escala piloto

Para la aplicacioacuten del tratamiento de depuracioacuten por

rizofiltracioacuten a escala piloto se instaloacute un sistema de

humedales artificiales de 20 L por diacutea de capacidad El

esquema de la instalacioacuten piloto se ilustra en la Figura 3 y fue

desarrollado de acuerdo a lo sugerido por Guanoluisa (2012)

El sistema estuvo compuesto por una estructura metaacutelica de

acero al carbono recubierto con pintura anticorrosiva con una

pendiente de 007 m que conteniacutea 2 recipientes tipo caja de

polipropileno comercial con sustrato inerte (34 cm de altura)

Dicho sustrato tuvo una primera capa de 9 cm de grava (2 a

4 cm) seguido de 9 cm de grava (lt 2 cm) y finalmente 16 cm

de una mezcla de grava y piedra poacutemez (lt 2 cm)

El sustrato fue lavado y desinfectado previamente con una

solucioacuten de cloro y se dejoacute secar al ambiente durante 1 diacutea En

eacuteste se colocaron 15 plantas de pasto azul de 6 meses de

crecimiento hidropoacutenico Se registroacute la longitud de la raiacutez y

hojas se adicionoacute solucioacuten nutritiva la misma que fue

recirculada por 5 diacuteas En este periodo de tiempo las plantas se

acondicionaron para tratamiento posterior

Figura 3 Esquema de humedales artificiales con pasto azul

(Modificado de Guanoluisa 2012)

Para la depuracioacuten por rizofiltracioacuten se emplearon 5 L de

efluentes liacutequidos de planta de beneficio de oro La

caracterizacioacuten de cada muestra se realizoacute conforme al

numeral 213 La muestra se colocoacute en el tanque de

alimentacioacuten desde el cual se bombeoacute hacia el humedal

superior (humedal 1) una vez terminado el bombeo se dejoacute en

contacto con las plantas durante 24 horas posterior a ello se

descargoacute la solucioacuten al segundo humedal (humedal 2) en el

cual se tuvo un tiempo de retencioacuten de 24 horas

Al finalizar el tiempo de tratamiento de cada efluente se

tomaron muestras de 30 mL de las soluciones de salida del

humedal 2 para el respectivo anaacutelisis del contenido de As

residual por medio del equipo ICP-OES Con los resultados

obtenidos se estableceraacute el porcentaje de absorcioacuten del

metaloide y la eficiencia de depuracioacuten del proceso

3 RESULTADOS Y DISCUSIOacuteN

Con base en los resultados del monitoreo de cuerpos hiacutedricos

realizado en los tres distritos mineros del sur del Ecuador se

seleccionoacute como zona de estudio el distrito de Camilo Ponce

Enriacutequez ya que presentaba las mayores concentraciones de

As seguacuten los estudios mencionados en la Seccioacuten 211

Con estos antecedentes se identificaron a los riacuteos Siete y Chico

como los cuerpos hiacutedricos a emplear en el presente trabajo

pues ambos superaban en promedio 20 veces el liacutemite maacuteximo

permisible establecido en la Tabla 2 del Anexo del Texto

Unificado de Legislacioacuten Secundaria del Ministerio del

Ambiente conforme se presenta en la Tabla 2

Tabla 2 Resultados de monitoreo de calidad de agua en cuerpos hiacutedricos del

Distrito Minero de Camilo Ponce Enriacutequez

Cuerpo Hiacutedrico

Concentracioacuten de As (mgL-1)

PRODEMINCA

1998

INIGEMM

2014

Appleton et al

2001

Riacuteo Siete 0785 0893 047

Riacuteo Chico 282 0051 ---

LMP(1) 005

(1) Liacutemite Maacuteximo Permisible Anexo 1 Tabla 2 Criterio de Calidad

Admisible para la preservacioacuten de la vida acuaacutetica y silvestre en agua dulce marinas y de estuario TULSMA

Remocioacuten de Arseacutenico de Efluentes Liacutequidos de Plantas de Beneficio de Oro y Cuerpos Hiacutedricos de la Zona Minera de Ponce Enriacutequez por Rizofiltracioacuten con Pasto Azul (dactylis glomerata)

Adicionalmente para la seleccioacuten de la zona de estudio se

consideroacute la informacioacuten del Catastro Minero (ARCOM

2019) se determinoacute que en el distrito Camilo Ponce Enriacutequez

se ubican 25 concesiones mineras y 38 plantas de beneficio de

las cuales maacutes del 95 no estaacuten regularizados ambientalmente

para la ejecucioacuten de sus labores mineras por lo que estas no

cuentan con las medidas ambientales necesarias para cumplir

con los requerimientos establecidos por la Maacutexima Autoridad

Ambiental en la gestioacuten de sus descargas Esta situacioacuten

afecta a la calidad de los cuerpos hiacutedricos que se ubican cerca

de estas actividades los mismos que aguas abajo son utilizados

para consumo humano y riego

Por esta razoacuten se identificaron dos plantas de beneficio

ubicadas en la zona de influencia de los cuerpos hiacutedricos

seleccionados cuyos efluentes liacutequidos presentaron

concentraciones de As superiores a 01 mgL-1 que

corresponde al liacutemite maacuteximo permisible establecido en el

Anexo 1 Tabla 9 (Ministerio del Ambiente 2015)

31 Georreferenciacioacuten de las muestras empleadas

Una vez seleccionados los dos riacuteos y las dos plantas de

beneficio se georreferenciaron los puntos objeto de estudio

para lo que se tomaron las coordenadas de cada uno de ellos

en el sistema WGS 84 ndash 17 Sur que se detalla en la Tabla 3

Se debe sentildealar que existe una distancia aproximada de 6 Km

en liacutenea recta desde el punto de muestreo del cuerpo hiacutedrico y

la planta de beneficio que se ubica sobre el mismo es decir

que el efluente liacutequido con el que se trabajaraacute contribuye con

carga contaminante al cuerpo hiacutedrico de estudio por lo que es

importante la aplicacioacuten de sistemas de tratamiento previo a su

descarga

32 Caracterizacioacuten de las muestras de cuerpos hiacutedricos y

efluentes de plantas de beneficio de oro

Una vez identificados los puntos de estudio se procedioacute con

un muestreo puntual de agua en cada uno de ellos para lo cual

se siguioacute los lineamientos de la Norma Teacutecnica INEN 2176

(Seccioacuten 212) Las muestras fueron caracterizadas a fin de

determinar la concentracioacuten inicial de metales como Cu Cd

Pb Fe Zn Hg y As ademaacutes se midioacute el pH factor importante

al momento de la remocioacuten del metal pesado de intereacutes

durante el proceso de rizofiltracioacuten los resultados se presentan

en la Tabla 4

Las muestras de agua superficial tomadas en los dos cuerpos

hiacutedricos y las dos muestras de efluentes liacutequidos de plantas de

beneficio presentan valores de As sobre los liacutemites maacuteximos

permisibles establecidos en la normativa ambiental

ecuatoriana manteniendo concordancia con los datos

presentados en la Tabla 2 del presente documento

Tabla 3 Coordenadas de los cuatro puntos de muestreo

Muestra Nomenclatura Coordenadas WGS 84-17S

Norte Este

Riacuteo Siete RS 636474 9661446 Riacuteo Chico CH 644996 9668296

Planta de beneficio 1 PB1 642260 9657706

Planta de beneficio 2 PB2 651264 9665731

Tabla 4 Caracterizacioacuten de muestras de cuerpos hiacutedricos y plantas de

beneficio

Paraacutemetro

analizadoss

Muestra

Riacuteo

Siete(1)

Riacuteo

Chico(1)

Planta de

Beneficio 1(2)

Planta de

Beneficio 2(2)

pH 780 835 787 840

Metales

(mgL-1)

As 012 027 014 024

Cu 001 001 028 533 Fe 002 lt001 009 010

Pb 008 002 003 001

Zn 001 lt001 002 002 Cd lt001 lt001 001 lt001

Hg 00002 00003 00004 00001

(1) Liacutemite Maacuteximo Permisible Anexo 1 Tabla 2 TULSMA (2) Liacutemite Maacuteximo Permisible Anexo 1 Tabla 9 TULSMA

La concentracioacuten de As del riacuteo Chico supera 5 veces al liacutemite

maacuteximo permisible establecido por la Autoridad Ambiental

Nacional siendo eacuteste el valor maacutes alto de las 4 muestras

analizadas Esto puede deberse a que en su parte superior

recibe una considerable aporte de la contaminacioacuten de las

actividades mineras de la zona de San Gerardo conforme a lo

sentildealado por PRODEMINCA (1998) donde se destaca que en

las descargas de efluentes el principal elemento presente es el

As un ejemplo de ello es la planta de beneficio 2 cuya

concentracioacuten de As es 024 mgL-1 que representa maacutes del

doble del liacutemite permisible que corresponde a 01 mg L-1

afectando la capacidad de autodepuracioacuten del cuerpo hiacutedrico

esta actividad se desarrolla a 6 Km del punto de toma de

muestra del riacuteo en referencia

33 Seleccioacuten de especie con mayor capacidad de absorcioacuten

de As en medio acuoso

Para la seleccioacuten de la especie maacutes adecuada para la remocioacuten

de As a traveacutes de rizofiltracioacuten se partioacute de los resultados

previos obtenidos por Barreto (2019) en los cuales se

consideraron 16 especies iniciales entre terrestres y acuaacuteticas

las mismas que fueron puestas por 48 horas en contacto con

una solucioacuten sinteacutetica de 45 mgL-1 de As a fin de determinar

la que presentaba mayor remocioacuten de eacuteste metaloide

En funcioacuten de los resultados obtenidos por Barreto (2019) se

seleccionaron tres especies dos acuaacuteticas (jacinto de agua y

helecho acuaacutetico miniatura) y una terrestre (pasto azul) que

fueron desarrollados por medios hidropoacutenicos y puestas en

contacto con soluciones sinteacuteticas de As de concentraciones de

0154 mgL-1 0375 mgL-1 y 0847 mgL-1 por 15 diacuteas

obteniendo los siguientes resultados

Se determinoacute que el jacinto de agua remueve el mayor

porcentaje de As de soluciones sinteacuteticas obteniendo un valor

maacuteximo de 98 al estar en contacto con una solucioacuten sinteacutetica

de 0154 mgL-1 de As sin embargo su tasa de mortalidad y

marchitamiento fue 76 y 78 respectivamente en cambio el

pasto azul para la misma concentracioacuten de As removioacute el 96

del metaloide con una mortalidad del 437 y 28 de

marchitamiento por lo que esta especie tuvo la mejor

adaptabilidad ya que no se vio afectado su desarrollo Esto

concuerda con los sentildealado por Raskyn et al (1997) respecto

a que las especies terrestres desarrolladas en medios

hidropoacutenicos son maacutes aptas para la remocioacuten de metales

pesados presentes en solucioacuten

Remocioacuten de Arseacutenico de Efluentes Liacutequidos de Plantas de Beneficio de Oro y Cuerpos Hiacutedricos de la Zona Minera de Ponce Enriacutequez por Rizofiltracioacuten con Pasto Azul (dactylis glomerata)

Tabla 5 Evaluacioacuten de remocioacuten de As de soluciones sinteacuteticas

Especie Remocioacuten As () Mortalidad

()

Marchita

() T-1(1) T-2(2) T-3(3

Jacinto agua 980 580 640 760 780

Pasto azul 960 570 700 473 280 Helecho 840 440 430 100 100

(1) T-1 Solucioacuten sinteacutetica 0154 mgL-1

(2) T-2 Solucioacuten sinteacutetica 0375 mgL-1 (3) T-3 Solucioacuten sinteacutetica 0847 mgL-1

Dushenkov et al (1995) sentildeala que las raiacuteces de las plantas

terrestres tienen una capacidad intriacutenseca para absorber y

precipitar metales pesados de soluciones y que los pastos

tienen la propiedad de regenerar su raiacutez siendo esto

beneficioso para emplearlos en procesos de rizofiltracioacuten Bajo

estos criterios se seleccionoacute a la especie de pasto azul como la

de mejores caracteriacutesticas para la aplicacioacuten del tratamiento de

rizofiltracioacuten en muestras de cuerpos hiacutedricos y efluentes

liacutequidos de plantas de beneficio con concentraciones de As

superiores a los liacutemites maacuteximos permisibles

34 Desarrollo de cultivos hidropoacutenicos de pasto azul

(dactylis glomerata)

Para el desarrollo de cultivos hidropoacutenicos de pasto azul se

emplearon 276 cubos de sustrato en los cuales se colocaron de

3 a 5 semillas de acuerdo a la metodologiacutea descrita en la

Seccioacuten 222 En eacutesta fase se obtuvo un 640 de germinacioacuten

a los 11 diacuteas de proceso Al final de este periodo las plaacutentulas

presentaron un promedio de crecimiento de 188 cm

Las semillas germinadas fueron colocadas en bandejas con

solucioacuten nutritiva de las cuales el 760 alcanzaron una

longitud de entre 10 a 12 cm posterior a ello se trasladaron al

sistema hidropoacutenico vertical NFT en esta etapa

permanecieron de 4 a 5 meses previo a ser empleadas en el

tratamiento de rizofiltracioacuten para lo cual alcanzaron

longitudes promedio de 60 cm en hojas y 12 cm en raiacutez

(Seccioacuten 222)

Durante el crecimiento de las plantas se controloacute la presencia

de plagas y mortalidad de las mismas para contrarrestar la

plaga de pulgoacuten verde que sufrieron al tercer mes de

crecimiento se empleoacute una insecticida natural que conteniacutea

ajo y agua (relacioacuten 19) con ello se eliminoacute el 80 de la plaga

en el plazo de 24 horas Adicionalmente se repitioacute el proceso

cada 2 diacuteas hasta obtener el 100 de depuracioacuten

Semanalmente se limpiaron las hojas marchitas de las plantas

a fin de que eacutestas se regeneren

35 Resultados de remocioacuten de As por rizofiltracioacuten

empleando pasto azul a escala laboratorio

351 Remocioacuten de As de muestras de agua superficial de

dos cuerpos hiacutedricos

Con base en los resultados de la caracterizacioacuten de las

muestras de agua superficial de los riacuteos Chico y Siete cuya

concentracioacuten de As sobrepasaba el liacutemite maacuteximo permisible

de 005 (mgL-1) y considerando los resultados presentados en

la Tabla 5 donde se verificoacute que el pasto azul (dactylis

glomerata) presentaba porcentajes de remocioacuten de As

superiores al 50 con una mortalidad del 473 se procedioacute

directamente a la aplicacioacuten del tratamiento de rizofiltracioacuten

para las muestras de agua

Las plantas empleadas en los tratamientos se desarrollaron en

cultivos hidropoacutenicos con solucioacuten nutritiva a fin de que la

raiacutez de la especie vegetal se adapte al medio acuoso de

acuerdo a lo detallado en la Seccioacuten 222

Para la muestra de agua del riacuteo Siete se realizoacute dos

tratamientos en el primero se empleoacute 15 plantas de pasto azul

con 4 meses de crecimiento cuyas dimensiones promedio

fueron 5327 cm hojas y 1147 cm raiacutez Para el segundo

tratamiento se redujo el nuacutemero de especies a 10 plantas con

un tiempo de crecimiento de 5 meses y longitudes promedio

de 136 cm y 609 cm para raiacutez y hojas respectivamente

Conforme a los resultados sentildealados en la Tabla 6 para el

Tratamiento 1 al cuarto diacutea ya se contoacute con concentraciones

de As inferiores al liacutemite maacuteximo permisible de 005 mgL-1

establecido en la normativa ambiental aplicable para la

preservacioacuten de los cuerpos hiacutedricos Desde el diacutea quinto hasta

el deacutecimo tercer diacutea la reduccioacuten de la concentracioacuten del

metaloide se mantiene constante y al deacutecimo cuarto diacutea la

concentracioacuten de As se ubica bajo el liacutemite recomendable por

la Organizacioacuten Mundial de la Salud de 001 mgL-1

alcanzando su maacuteximo porcentaje de remocioacuten el deacutecimo

quinto diacutea de tratamiento con un 972 y una tasa de

marchitamiento del 80

El tratamiento se podriacutea aplicar hasta el cuarto diacutea tiempo en

el cual las plantas presentan una mortalidad del 40 con una

remocioacuten del 716 A partir de ese tiempo las especies

vegetales empiezan a perder su capacidad de tolerancia al As

esto puede deberse a que las fitoquelatinas que son peacuteptidos

que permiten la quelacioacuten o precipitacioacuten de los metales

pesados dentro de las vacuolas celulares y con ello evitar dantildeo

celular de las plantas estaacuten perdiendo su capacidad de

asociacioacuten con los metales lo que disminuye su remocioacuten

(Schat 2002 Yadav 2010)

En el ensayo de rizofiltracioacuten del Tratamiento 2 se puede

observar que al segundo diacutea de tratamiento ya se tienen

concentraciones menores al liacutemite maacuteximo permisible con un

porcentaje de remocioacuten del 737 Ademaacutes las plantas

presentaron un marchitamiento del 20 por lo que al emplear

especies maacutes maduras se puede tanto obtener mejores

resultados en menor tiempo como regenerar las especies para

aplicarlas en otros tratamientos ya que eacutestas se han adaptado

a la concentracioacuten de As Cabe sentildealar que las especies

utilizadas en este tratamiento presentaron un sistema radicular

maacutes desarrollado en comparacioacuten con las plantas del

tratamiento anterior

Al respecto en el estudio de Vaacutesquez et al (2009) se

establecioacute que las plantas han desarrollado varios mecanismos

para controlar la homeostasis de elementos esenciales y

soportar el estreacutes generado por elementos toacutexicos lo que le

permite adaptarse a ellos por lo que los altos porcentajes de

remocioacuten de As pueden atribuirse a que la planta asimiloacute a este

metaloide como un nutriente

Remocioacuten de Arseacutenico de Efluentes Liacutequidos de Plantas de Beneficio de Oro y Cuerpos Hiacutedricos de la Zona Minera de Ponce Enriacutequez por Rizofiltracioacuten con Pasto Azul (dactylis glomerata)

Tabla 6 Remocioacuten de As de muestras del riacuteo Siete empleando rizofiltracioacuten

con pasto azul Tratamiento 1(2) Tratamiento 2(3)

Diacutea de

tratamiento

Concentracioacuten

As solucioacuten

(mgL-1)

Diacutea de

tratamiento

Concentracioacuten

As solucioacuten

(mgL-1)

LMP(1) 005 LMP(1 005

0 0120 0 0120

1 0050 1 0061 4 0038 2 0032

5 0034 5 0014

7 0024 6 0006 15 0006 7 0001

(1) Liacutemite Maacuteximo Permisible Anexo 1 Tabla 2 TULSMA

(2) Tratamiento 1 5000 mL de muestra 15 plantas y 4 meses de crecimiento (3) Tratamiento 2 3000 mL de muestra 10 plantas y 5 meses de crecimiento

De acuerdo a Meharg A (2005) y Rangel et al (2015) el As

en forma de arseniato (As+5) puede sustituir al fosfato que es

considerado como un macronutriente de la solucioacuten nutritiva

en la cual se desarrollaron las plantas pues posee una

estructura anaacuteloga y por consiguiente puede entrar a las

ceacutelulas a traveacutes del sistema de transporte del fosfato

Para la muestra de agua del riacuteo Chico se partioacute de una

concentracioacuten de As de 027 mgL-1 y se tratoacute 5000 mL por

rizofiltracioacuten con 15 plantas de pasto azul de 4 meses de

crecimiento hidropoacutenico con dimensiones de 6260 cm y 1273

cm de longitud de hojas y raiacutez respectivamente De los

resultados obtenidos se determinoacute que al seacuteptimo diacutea la

concentracioacuten de As se encontroacute bajo el liacutemite maacuteximo

permisible tiempo que es superior en 3 diacuteas a los resultados

obtenidos en los tratamientos con las muestras del riacuteo Siete que

presentoacute una concentracioacuten inicial de As menor a la del riacuteo

Chico por lo que al octavo diacutea se finalizoacute el tratamiento y se

alcanzoacute una maacutexima remocioacuten de 974 con una mortalidad

del 70

Con estos resultados se realizoacute otro ensayo de rizofiltracioacuten

que corresponde al Tratamiento 2 en el que se redujo el

nuacutemero de plantas y el volumen de muestra de 5000 mL a

3000 mL a fin de determinar la influencia de estos factores en

la absorcioacuten de As En este caso se emplearon 10 plantas de

pasto azul con 5 meses de crecimiento cuyas dimensiones

fueron 1250 cm y 5180 cm de para raiacutez y hojas

respectivamente En la Tabla 7 se muestra que al sexto diacutea de

tratamiento presentaron valores bajo al liacutemite maacuteximo

permisible lo que puede deberse a que el sistema radicular de

estas especies estuvo maacutes desarrollado favoreciendo la

absorcioacuten del As ya que al seacuteptimo se alcanzoacute el 999 de

remocioacuten con un 200 de mortalidad

Tabla 7 Remocioacuten de As de muestras del riacuteo Chico empleando

rizofiltracioacuten con pasto azul Tratamiento 1(2) Tratamiento 2(3)

Diacutea de

tratamiento Concentracioacuten As

solucioacuten (mgL-1) Diacutea de

tratamiento Concentracioacuten As

solucioacuten (mgL-1)

LMP(1) 005 LMP(1) 005

0 0270 0 0270

1 0206 1 0204 2 0094 2 0185

6 0051 5 0090

7 0026 6 0037

8 0007 7 0001

(1) Liacutemite Maacuteximo Permisible Anexo 1 Tabla 2 TULSMA

(2) Tratamiento 1 5000 mL de muestra 15 plantas y 4 meses de crecimiento (3) Tratamiento 2 3000 mL de muestra 10 plantas y 5 meses de crecimiento

Figura 4 Remocioacuten de As en funcioacuten de la concentracioacuten inicial

Para determinar coacutemo afecta la concentracioacuten de As en la

remocioacuten de este metal a traveacutes de rizofiltracioacuten se realizoacute una

comparacioacuten entre los resultados del Tratamiento 1 de las 2

muestras de agua de los cuerpos hiacutedricos del Distrito Minero

Camilo Ponce Enriacutequez Los resultados obtenidos se muestran

en la Figura 4 en esta comparacioacuten se puede observar que a

menor concentracioacuten de As se llega en menor tiempo a valores

bajo los liacutemites permisibles La muestra del riacuteo Siete al primer

diacutea de tratamiento alcanza este valor mientras que la muestra

del riacuteo Chico lo alcanza al sexto diacutea

Para el seacuteptimo diacutea las dos muestras de estudio alcanzaron el

mismo rango de concentracioacuten de As que es inferior al liacutemite

maacuteximo permisibles establecido en la normativa ambiental

Asiacute mismo se puede observar que las plantas una vez que

absorben maacutes del 50 empiezan a reducir su capacidad de

absorcioacuten lo que puede atribuirse a que la planta estaacute

saturaacutendose ya no reconoce al As como fosfato

352 Remocioacuten de As de muestras de agua de efluentes

liacutequidos de dos plantas de beneficio de oro a escala

laboratorio

De acuerdo a PRODEMINCA (1998) en las cuencas de los

riacuteos Chico y Siete se ubica una extensa explotacioacuten auriacutefera a

partir de minerales que contienen sulfuros Las teacutecnicas de

explotacioacuten y beneficio no son en su mayoriacutea eficientes como

tampoco lo es la disposicioacuten de los efluentes esto genera

afectacioacuten a los cuerpos hiacutedricos de la zona Por ello se evaluoacute

la remocioacuten de As por rizofiltracioacuten para los efluentes de dos

plantas de beneficio instaladas en las riveras de estos riacuteos

Para cada ensayo se partioacute de 5000 mL de efluentes liacutequidos

y 15 plantas de pasto azul de 4 meses de crecimiento cuyas

dimensiones en promedio fueron para la Planta de Beneficio

1 6547 cm (hojas) y 1213 cm (raiacutez) y para la Planta de

Beneficio 2 6270 cm (hojas) y 148 cm (raiacutez) En la Tabla 8

se presentan los resultados del Tratamiento 1 para cada planta

de beneficio

En la Tabla 8 se observa que las concentraciones As del

efluente de la Planta de Beneficio 1 es superior en 04 mgL-1

del liacutemite maacuteximo permisible por lo que al segundo diacutea de

tratamiento ya se alcanzan valores bajo el liacutemite que

corresponde al 610 de remocioacuten del metaloide

000

003

006

009

012

015

018

021

024

027

030

0 1 2 3 4 5 6 7 8 9

Con

cen

trac

ioacuten

n d

e A

s en

solu

cioacuten

(mgL

-1)

Diacuteas de tratamiento

Riacuteo Siete Riacuteo Chico Liacutemite maacuteximo permisible

Remocioacuten de Arseacutenico de Efluentes Liacutequidos de Plantas de Beneficio de Oro y Cuerpos Hiacutedricos de la Zona Minera de Ponce Enriacutequez por Rizofiltracioacuten con Pasto Azul (dactylis glomerata)

Tabla 8 Remocioacuten de As de muestras de efluente liacutequido de dos plantas de

beneficio empleando rizofiltracioacuten con pasto azul Planta de Beneficio 1 Planta de Beneficio 2

Diacutea de

tratamiento

Concentracioacuten As

en solucioacuten

(mgL-1)

Diacutea de

tratamiento

Concentracioacuten As

en solucioacuten

(mgL-1)

LMP(1) 010 LMP(1) 010

0 0140 0 0240

1 0113 1 0188

2 0055 3 0092

6 0043 8 0034

7 0030 13 0023 8 0024 14 0014

9 0011 15 0010

(1) Liacutemite Maacuteximo Permisible Anexo 1 Tabla 9 Liacutemites de Descarga a un Cuerpo de Agua Dulce TULSMA

Sin embargo se continuoacute con el proceso hasta alcanzar la

concentracioacuten miacutenima recomendada por la Organizacioacuten

Mundial de la Salud (10 ug L-1) valor que se lo alcanzoacute al

noveno diacutea de tratamiento con un porcentaje de remocioacuten del

921 y una mortalidad de las especies de pasto azul del 80

Por otro lado para la Planta de Beneficio 2 se partioacute de

concentracioacuten de As dos veces superior al liacutemite maacuteximo

permisible de 010 mgL-1 para el tercer diacutea de tratamiento ya

se obtuvieron concentraciones bajo el liacutemite que corresponden

al 63 de remocioacuten al igual que el tratamiento aplicado al

efluente de la planta de beneficio 1 se continuoacute con el mismo

hasta alcanzar una concentracioacuten de 001 mgL-1 de As

presente en la muestra de estudio este valor se obtuvo al

deacutecimo quinto diacutea lo que representa el 96 de remocioacuten con

un porcentaje de mortandad del 80

Al igual que con las muestras de agua de los cuerpos hiacutedricos

se realizoacute otro ensayo para los efluentes de plantas de

beneficio en el que se varioacute el tiempo de crecimiento de las

especies de pasto azul de 4 a 5 meses y se mantuvo el volumen

de 5000 mL de muestra cuyos resultados se presentan en las

Figuras 5 y 6

Para la Planta de Beneficio 1 se redujo el nuacutemero de especies

de 15 a 10 plantas de pasto azul con dimensiones promedio de

183 cm de raiacutez y 649 cm de hojas Bajo estos paraacutemetros se

alcanzoacute al primer diacutea de tratamiento una concentracioacuten de As

de 0076 mgL-1 valor inferior al liacutemite maacuteximo permisible y

para el octavo diacutea se alcanzoacute el 936 de remocioacuten con un

600 de mortalidad valores que se presentan en la Figura 5

Figura 5 Remocioacuten de As de efluentes liacutequidos de Planta de Beneficio 1 en funcioacuten del nuacutemero de plantas de pasto azul

Figura 6 Remocioacuten de As de efluentes liacutequidos de Planta de Beneficio 2 (PB2) variando dimensiones de planta y tiempo de crecimiento

De la Figura 5 se puede determinar que al trabajar con un

menor nuacutemero de especies se presenta la misma tendencia que

al emplear 15 plantas de pasto azul esto se debe a que el

sistema radicular de las especies del segundo tratamiento se

encontraba maacutes desarrollado lo que favorecioacute en el proceso de

absorcioacuten de As ya que al tener un xilema maacutes desarrollado

aumenta la capacidad hiperacumuladora de metales por las

plantas de acuerdo a lo sentildealado por Rascio amp Navari-Izzo

(2011)

Para la Planta de Beneficio 2 se consideroacute solo al tiempo de

crecimiento de las especies como paraacutemetro de variacioacuten en

este tratamiento se empleoacute 15 especies de pasto azul de 5

meses cuyas dimensiones promedio fueron de 127 cm de raiacutez

y 552 cm de hojas bajo estas condiciones al deacutecimo cuarto

diacutea se llegoacute a una concentracioacuten de 0019 mgL-1 que

representa el 92 de remocioacuten de As Estos resultados fueron

graficados en la Figura 6 conjuntamente con los datos del

Tratamiento 1 y se puede evidenciar que no existe una

variacioacuten significativa entre ellos a pesar de que el sistema

radicular de las especies del Tratamiento 2 eran inferiores sin

embargo permanecieron un mayor tiempo en contacto con

solucioacuten nutritiva

353 Variacioacuten de crecimiento de raiacutez y hojas de especies

pasto azul empleado en rizofiltracioacuten

A fin de determinar coacutemo afecta la absorcioacuten de As en el

crecimiento de las plantas empleadas en la rizofiltracioacuten se

procedioacute a medir la raiacutez y hojas antes y despueacutes del

tratamiento Los resultados se presentan en la Tabla 9

Tabla 9 Dimensiones de raiacutez y hojas de pasto azul

Muestra Parte Dimensiones (cm) Diacuteas

tratamiento

de

remocioacuten As Inicial Final

Riacuteo Siete Hojas 5327 5435

15 9715 Raiacutez 1147 1021

Riacuteo Chico Hojas 6260 6543

8 9740 Raiacutez 1273 1527

Planta de

Beneficio 1

Hojas 6547 6778 9 9214

Raiacutez 1213 1219

Planta de

Beneficio 2

Hojas 6270 6520 15 9600

Raiacutez 1480 880

000

002

004

006

008

010

012

014

0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10

Con

cen

trac

ioacuten

de

As

en s

olu

cioacuten

(mgL

-1)

Diacutea de Tratamiento

Rizofiltracioacuten 15 plantas 5 L Rizofiltracioacuten 10 plantas 5 LLiacutemite maacuteximo permisible

000

003

006

009

012

015

018

021

024

027

0 2 4 6 8 10 12 14 16

Con

cen

trac

ioacuten

n d

e A

s en

solu

cioacuten

(mgL

-1)

Diacuteas de tratamiento

Tratamiento 1_PB2 Tratamiento 2_PB2

Liacutemite maacuteximo permisible

Remocioacuten de Arseacutenico de Efluentes Liacutequidos de Plantas de Beneficio de Oro y Cuerpos Hiacutedricos de la Zona Minera de Ponce Enriacutequez por Rizofiltracioacuten con Pasto Azul (dactylis glomerata)

De los datos presentados se observa que a un mayor tiempo

de retencioacuten el sistema radicular decrece debido a que se ve

debilitado por el contacto con la solucioacuten sin embargo en los

tratamientos que duraron la mitad del tiempo de retencioacuten se

tiene un crecimiento de la raiacutez de las plantas empleadas esto

puede deberse a que hasta ese tiempo la planta asimila al As

como fosfato que es utilizado como nutriente es decir

estimuloacute la produccioacuten de biomasa de raiacuteces manteniendo

concordancia con lo descrito por Vaacutesquez et al (2009) en su

ensayo con plantas de soja en soluciones de arseniato

Ademaacutes se observa que las dimensiones de las hojas de las

especies incrementa esto debido a que el As no afectoacute el

crecimiento de la planta ya que las concentraciones a las que

fueron expuestas son bajas entre 012 y 027 mgL-1

manteniendo concordancia con lo descrito por Machlis (1945)

quien que sentildeala que concentraciones de As de hasta 05 a

06 mgL-1 no suprimen el crecimiento de las plantas

354 Anaacutelisis de As en raiacutez y hojas de plantas de pasto azul

empleado en rizofiltracioacuten

A fin de determinar la cantidad de As retenido por las especies

de pasto azul que fueron empleadas en los diferentes

tratamientos de rizofiltracioacuten se procedioacute a tomar una muestra

de 3 plantas representativas con la raiacutez maacutes abundante y un

promedio de longitud de 13 cm las cuales fueron sometidas a

una disgregacioacuten aacutecida conforme al numeral 233 y

posteriormente se analizoacute la concentracioacuten de As tanto en raiacutez

como hojas mediante ICP-OES

Dushenkov et al (1995) y Del Toro et al (2013) en sus

estudios sentildealaron que la mayoriacutea de las plantas retienen gran

parte de la carga de plomo y As respectivamente en la raiacutez y

una pequentildea fraccioacuten se transporta preferentemente a las hojas

donde es secuestrada y acumulada en la vacuola celular esto

corrobora los datos presentados en la Tabla 10 en los cuales

se puede observar que en promedio maacutes del 768 del

metaloide de intereacutes se retuvo en el sistema radicular y hasta

un 231 en las hojas debido a que el As se inmovilizo en el

sistema radicular de la planta

Por otro lado tambieacuten se analizoacute una muestra de plantas que

no se sometieron a tratamiento de rizofiltracioacuten cuyos

resultados sirvieron para compararlos con las especies

aplicadas en las muestras de agua de los riacuteos asiacute como en las

descargas liacutequidas de las Plantas de Beneficio obteniendo que

los valores maacuteximos superan 10 y 15 veces al valor obtenido

en el blanco ademaacutes las plantas que estuvieron expuestas a las

mayores concentraciones de As (0240 y 0270 mgL-1)

presentaron los valores maacutes altos es decir la absorcioacuten de As

fue directamente proporcional a la concentracioacuten inicial del

metaloide

Tabla 10 Concentracioacuten de As en raiacutez y hojas de pasto azul empleadas en

rizofiltracioacuten

MUESTRA As (mgg-1) As

Raiacutez Hojas Raiacutez Hojas

BLANCO 0109 0019 852 148 RIO CHICO 1069 0360 748 252

RIO SIETE 0220 0082 728 272

PLANTA DE BENEFICIO 1 1624 0248 868 132 PLANTA DE BENEFICIO 2 0127 0047 731 269

Tabla 11 Anaacutelisis de Varianza de resultados de absorcioacuten de As con

diferentes tipos de muestras FV SC gl CM F p

Modelo 006 7 001 185 01 Muestra de tratamiento 006 7 001 185 01

Error 026 59 0 Total 031 66

SC=Suma de cuadrados F=valor estadiacutestico de distribucioacuten de Snedecor

p=valor estadiacutestico para aceptar o rechazar una hipoacutetesis

gL=grados de libertad CM=Media cuadraacutetica

Por otra parte la mayor acumulacioacuten de As en la raiacutez puede

deberse a factores internos de tolerancia de la planta como los

exudados radiculares que estaacuten formados por aacutecidos orgaacutenicos

que permiten la tolerancia de metales en el sistema radical que

pueden influenciar de manera directa en la solubilidad de

elementos ya sean esenciales o no a traveacutes de la acidificacioacuten

quelacioacuten precipitacioacuten y procesos de oacutexidondashreduccioacuten en la

rizoacutesfera y de forma indirecta mediante efectos en la actividad

microbiana en las propiedades fiacutesicas de la rizoacutesfera y en la

dinaacutemica de crecimiento de la raiacutez esto de acuerdo a lo

sentildealado por Gonzales y Zapata (2008) y lo verificado por

Dushenkov et al (1995) en su estudio empleando pasto para

remover plomo

36 Anaacutelisis estadiacutesticos de resultados de tratamiento de

rizofiltracioacuten

Los datos obtenidos referentes a la absorcioacuten de As de las 4

muestras empleadas en el estudio fueron analizados por el

meacutetodo ANOVA utilizando el sistema INFOSTATL a fin de

determinar si existe varianza significativa o no entre los

resultados de absorcioacuten de As de muestras de agua de 2 riacuteos y

2 efluentes de plantas de beneficio de la zona minera de

Camilo Ponce Enriacutequez hasta alcanzar valores inferiores al

liacutemite maacuteximo permisible cuyos resultados se presentan en la

siguiente Tabla

De las Tablas 11 y 12 se determina que el valor obtenido de p

es mayor que el 50 lo que significa que los resultados no

son significativamente diferentes entre siacute ya que se encuentran

dentro del mismo rango por lo que el tratamiento de

rizofiltracioacuten para muestras de agua que se encuentran sobre

los liacutemites maacuteximos permisibles establecidos por la normativa

ambiental son aplicables tanto para agua de cuerpos hiacutedricos

asiacute como para efluentes liacutequidos de plantas de beneficio

Ademaacutes todos los resultados presentan medias similares por

lo que se ubican en un mismo rango reforzando la hipoacutetesis

de que el tratamiento es aplicable a diferentes muestras de

agua

Tabla 12 Test de Tukey 5

Muestra de Tratamiento Medias n EE Rango

Rio Siete A 003 12 002 A

Rio Siete B 004 6 003 A

PLANTA DE BENEFICIO 1 A 006 8 002 A PLANTA DE BENEFICIO 1 B 006 7 002 A

PLANTA DE BENEFICIO 2 B 006 11 002 A

PLANTA DE BENEFICIO 2 A 007 10 002 A Rio Chico A 011 7 002 A

Rio Chico B 013 6 003 A

n=nuacutemero de muestras EE=error estaacutendar

Remocioacuten de Arseacutenico de Efluentes Liacutequidos de Plantas de Beneficio de Oro y Cuerpos Hiacutedricos de la Zona Minera de Ponce Enriacutequez por Rizofiltracioacuten con Pasto Azul (dactylis glomerata)

37 Anaacutelisis de resultados de implementacioacuten de ensayo a

escala piloto y propuesta de humedal para depuracioacuten

de efluentes liacutequidos

A fin de que el proceso de estudio sea aplicable como una

alternativa de tratamiento de efluentes liacutequidos de la industria

minera se consideroacute su aplicacioacuten en humedales artificiales

con pasto azul Para este proceso se emplearon 15 plantas en

cada humedal con 6 meses de crecimiento y dimensiones

promedio de 284 cm (raiacutez) y 660 cm (hojas) en el primer

humedal y 257 cm (raiacutez) y 594 cm (hojas) para el segundo

humedal las mismas que previamente se desarrollaron de

manera hidropoacutenica y fueron trasplantadas a los humedales

donde se adaptaron por 5 diacuteas (Seccioacuten 24)

Considerando que en los resultados de seccioacuten 36 se observa

que al segundo diacutea de tratamiento ya se obtienen valores de As

bajo el liacutemite maacuteximo permisible establecido en la normativa

ambiental para este estudio se consideroacute un tiempo de

retencioacuten de 48 horas previo a la descarga del efluente liacutequido

cuyos resultados se presentan en la Tabla 13

De los resultados se puede establecer que a las 48 horas se

logra obtener concentraciones de As bajo el liacutemite maacuteximo

permisible establecido por la normativa ambiental de

01 mgL-1 lo que corresponde al 98 y 95 de remocioacuten

del metaloide de los efluentes de las plantas de beneficio 1 y

2 respectivamente conforme se observoacute en los numerales

anteriores eacuteste porcentaje de remocioacuten se lo alcanza al seacuteptimo

o deacutecimo quinto diacutea de tratamiento sin embargo al combinar

la capacidad de absorcioacuten de As del pasto azul con el sustrato

empleado permiten incrementar la eficiencia del tratamiento

en un menor tiempo de aplicacioacuten

Otte amp Jacob (2006) sentildealan que existe una eficiencia del 65

para la remocioacuten de As empleando humedales artificiales

valor que confirma los datos obtenidos en la Tabla 13 Ademaacutes

se puede verificar que a menor concentracioacuten inicial se obtiene

una mayor remocioacuten del metaloide con una mortalidad del

10 debido a la capacidad de adaptacioacuten del pasto azul por

tanto pueden ser empleadas en varios procesos de

remediacioacuten sin embargo deberaacuten ser puestas en contacto con

solucioacuten nutritiva a fin de que las mismas se regeneren

Por otra parte con estos resultados se realizoacute la propuesta de

disentildeo de un humedal artificial para el tratamiento de efluentes

liacutequidos de plantas de beneficio a fin de disminuir la

concentracioacuten de As hasta niveles bajo el liacutemite maacuteximo

permisible para descargas liacutequidas a cuerpos hiacutedricos

Se considera un humedal artificial de flujo subsuperficial

vertical con comportamiento de un reactor de flujo ideal en

pistoacuten y modelo cineacutetico de remocioacuten de As de primer orden

(Culqui 2015)

Tabla 13 Remocioacuten de As en humedales artificiales con pasto azul

Tipo de muestra As (mgL-1) Remocioacuten

de As Inicial Final

Planta de Beneficio 1 014 0005 980

Planta de Beneficio 2 024 0013 950

(1) Liacutemite Maacuteximo Permisible Anexo 1 Tabla 9 Liacutemites de Descarga a un Cuerpo de Agua Dulce TULSMA

Tabla 14 Dimensionamiento de un humedal artificial Paraacutemetro Descripcioacuten Unidad Valor

Consideraciones

H(1) Altura Humedal m 060

Q Caudal entrada Ldiacutea-1 288000 Co Concentracioacuten Inicial As mgL-1 024

Cf Concentracioacuten Final de As mgL-1 0015

k Constante cineacutetica diacutea-1 -138 Ɛ(2) Porosidad del material 038

Dimensiones

As Aacuterea superficial total m2 2526

W Ancho m 410 L Largo m 616

t Tiempo de retencioacuten hidraacuteulico diacutea 2

n Nuacutemero de celdas 2

(1) Luna amp Castantildeeda 2014 (2) Saacutenchez 2010

Las dimensiones del humedal propuesto para el tratamiento se

presentan en la Tabla 14 donde se consideroacute una planta de

beneficio de pequentildea mineriacutea que descarga 010 Lseg-1 que

corresponderiacutea al caudal miacutenimo de entrada al humedal con

estos datos se establecioacute que se requiere un aacuterea superficial de

2526 m2 con dimensiones de 410 m de ancho 616 m de

largo y 060 m de profundidad Con un tiempo de retencioacuten de

2 diacuteas para alcanzar la remocioacuten de As hasta valores bajo la

norma ambiental aplicable

Para tratar mayores caudales de efluentes en los humedales

artificiales se deberiacutean emplear aacutereas maacutes extensas mayor

tiempo de retencioacuten y mayor nuacutemero de plantas por ellos se

podriacutean establecer varios humedales en paralelo

4 CONCLUSIONES

Para la ejecucioacuten del presente estudio se contemplaron los tres

principales distritos mineros de pequentildea mineriacutea del Ecuador

determinando que los cuerpos hiacutedricos de Camilo Ponce

Enriacutequez en promedio superaban 20 veces el liacutemite maacuteximo

permisible de As establecido en la Tabla 2 Criterio de Calidad

Admisible para la preservacioacuten de la vida acuaacutetica y silvestre

en agua dulce marinas y de estuario del Anexo del Texto

Unificado de Legislacioacuten Secundaria del Ministerio del

Ambiente las altas concentraciones de As puede deberse a la

geologiacutea de la zona asiacute como a las ineficientes teacutecnicas de

explotacioacuten y procesamiento del mineral por parte de los

mineros artesanales y pequentildeos mineros

Las plantas que presentan mejores caracteriacutesticas para la

absorcioacuten de As en solucioacuten son el jacinto de agua pasto azul

y helecho acuaacutetico miniatura De estas el pasto azul presentoacute

el 96 de remocioacuten de As con un 473 de mortalidad y 28

de marchitamiento para soluciones con una concentracioacuten de

0154 mgL-1 del metaloide en referencia por lo que se

seleccionoacute esta especie como la maacutes resistente para los

tratamientos de rizofiltracioacuten

El tratamiento de rizofiltracioacuten con pasto azul aplicado a

muestras de agua tanto de cuerpos hiacutedricos como efluentes

liacutequidos de plantas de beneficio de la zona minera de Camilo

Ponce Enriacutequez que presentaban concentraciones de As entre

0120 y 0270 mgL-1 permite obtener maacutes del 90 de

remocioacuten de As llegando a concentraciones inferiores al

liacutemite maacuteximo permisible tanto el establecido por la normativa

ambiental ecuatoriana asiacute como por la Organizacioacuten Mundial

Remocioacuten de Arseacutenico de Efluentes Liacutequidos de Plantas de Beneficio de Oro y Cuerpos Hiacutedricos de la Zona Minera de Ponce Enriacutequez por Rizofiltracioacuten con Pasto Azul (dactylis glomerata)

de la Salud por lo que se puede establecer que el tratamiento

de rizofiltracioacuten es aplicable a muestras reales que contienen

varios metales disueltos con resultados similares a los

alcanzados empleando soluciones sinteacuteticas de un metal en

especiacutefico es decir que los otros metales no inhibieron la

capacidad del pasto azul para absorber As

Las plantas de pasto azul con mayores dimensiones de su

sistema radicular presentan los porcentajes de remocioacuten de As

superiores como se evidencia en las muestras del riacuteo Chico y

Planta de Beneficio 2 de 974 y 96 respectivamente es

decir la remocioacuten del contaminante incrementa con el tamantildeo

de la raiacutez

Las plantas de pasto azul empleadas en el tratamiento de

rizofiltracioacuten presentaron un incremento de longitud de raiacuteces

y hojas de 219 cm en promedio lo que indica que las

concentraciones de As a las que estuvieron expuestas no

inhibieron el desarrollo de las mismas por lo que una vez

finalizado el tratamiento eacutestas pueden ser regeneradas en

contacto con solucioacuten nutritiva

Maacutes del 70 del As contenido en las especies usadas para el

tratamiento de rizofiltracioacuten se acula en el sistema radicular

esto debido tanto a la retencioacuten del metaloide en la pared

celular como a la complejacioacuten de las fitoquelatinas en la

vacuola celular de la planta

El tratamiento de rizofiltracioacuten en un humedal artificial

incrementa su eficiencia debido a la interaccioacuten que existe

entre las raiacuteces y el sustrato lo que permite que al segundo diacutea

se alcance el 95 de remocioacuten de As del efluente liacutequido

industrial llegando a valores inferiores al liacutemite maacuteximo

permisible de 01 mgL-1 establecido por la normativa

ambiental ecuatoriana concentracioacuten a la cual es permitida su

descarga a un cuerpo hiacutedrico

Un humedal artificial de flujo subsuperficial vertical con

plantas enraizadas de un aacuterea superficial de 2526 m2 (410 m

de ancho por 616 m de largo) con un tiempo de retencioacuten de

2 diacuteas puede ser empleado para tratar efluentes liacutequidos

industriales con porcentajes de remocioacuten de As superiores al

95 para una capacidad de 2880 Ldiacutea-1

Una vez finalizado el tratamiento de rizofiltracioacuten las plantas

empleadas para la absorcioacuten de metales deben ser gestionadas

como un desecho peligroso debido a su alta concentracioacuten de

metales por lo que se recomienda que las mismas sean

incineradas previo a su disposicioacuten final ya sean en celdas de

seguridad o reutilizarlas como fuente para recuperar los

metales

5 AGRADECIMIENTO

Los autores muestran su agradecimiento al Departamento de

Metalurgia Extractiva (DEMEX) de la Escuela Politeacutecnica

Nacional por el financiamiento de la presente investigacioacuten

mediante los fondos del proyecto PII-DEMEX-001-2019

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Remocioacuten de Arseacutenico de Efluentes Liacutequidos de Plantas de Beneficio de Oro y Cuerpos Hiacutedricos de la Zona Minera de Ponce Enriacutequez por Rizofiltracioacuten con Pasto Azul (dactylis glomerata)

Remocioacuten de Arseacutenico de Efluentes Liacutequidos de Plantas de Beneficio de

Oro y Cuerpos Hiacutedricos de la Zona Minera de Ponce Enriacutequez por

Rizofiltracioacuten con Pasto Azul (dactylis glomerata)

Quishpe Aacutengela(1) Guevara Alicia(2)

Departamento de Metalurgia Extractiva Escuela Politeacutecnica Nacional Ladroacuten de Guevara E11-253 Quito Ecuador

Teleacutefono (5932)2976300 (ext5806) E-Mail (1) angelaquishpeepneduec (2)aliciaguevaraepneduec

Resumen El presente trabajo se evaluoacute la remocioacuten de As de muestras de agua de dos cuerpos hiacutedricos y dos efluentes de

plantas de beneficio de oro de la zona minera de Camilo Ponce Enriacutequez a traveacutes del tratamiento de rizofiltracioacuten con pasto azul

(dactylis glomerata) Esta especie fue previamente seleccionada por su capacidad de remocioacuten de As del 96 en soluciones

sinteacuteticas Para el estudio se partioacute de concentraciones de As de 012 y 027 mgL-1 para muestras de los riacuteos Siete y Chico y

014 y 024 mgL-1 para efluentes de dos plantas de beneficio respectivamente Despueacutes del cuarto diacutea de tratamiento por

rizofiltracioacuten la concentracioacuten de As ya presentaba valores bajo el liacutemite maacuteximo permisible establecido en la normativa

ambiental ecuatoriana (005 y 01 mgL-1) que corresponden al 80 de remocioacuten Asiacute mismo se determinoacute que maacutes del 70 del

As contenido en las especies se acumula en la raiacutez esto debido a la retencioacuten del metaloide en la pared celular como por la

complejacioacuten de las fitoquelatinas en la vacuola celular de la planta A partir de los resultados obtenidos a escala laboratorio se

realiza una prueba piloto en un humedal artificial con 5 L de muestras de efluente logrando una remocioacuten del 98 de As al

segundo diacutea de tratamiento la eficiencia del proceso se incrementoacute debido a la interaccioacuten del sistema radicular del pasto azul

con el sustrato del humedal

Palabras clave Arseacutenico rizofiltracioacuten cuerpos hiacutedricos efluentes liacutequidos remocioacuten

Abstract The present study evaluated the removal of As from water samples from two rivers and two effluents from gold

processing plants in the mining area of Camilo Ponce Enriquez through the treatment of rizofiltration with blue grass (dactylis

glomerata) This species was previously selected for its 96 As removal capacity in synthetic solutions For the study

concentrations of As of 012 and 027 mgL-1 were used for samples of the Siete and Chico rivers and 014 and 024 mgL-1 for

effluents of two gold processing plants respectively After the fourth day of treatment by rizofiltration the concentration of As

already had values below the maximum permissible limit established in the Ecuadorian environmental regulations (005 and 01

mgL-1) that correspond to 80 removal Likewise it was determined that more than 70 of the As contained in the species

accumulates in the root this due to the retention of the metalloid in wall cell as well as the complexation of the phytochelatins

in the cellular vacuole of the plant From the results obtained at the laboratory scale a pilot test is carried out in an artificial

wetland with 5 L of effluent samples achieving a 98 removal of As on the second day of treatment the efficiency of the

process was increased due to the interaction of the root of the blue grass with the wetland substrate

Keywords Arsenic rhizofiltration rivers liquid effluents removal

1 INTRODUCCIOacuteN

En Ecuador tanto la extraccioacuten como el procesamiento de oro

se han desarrollado principalmente a escala artesanal y de

pequentildea mineriacutea ambos caracterizados por un escaso nivel de

tecnificacioacuten y la insuficiente participacioacuten de personal

capacitado Esta situacioacuten ha provocado entre otros

problemas la inadecuada gestioacuten de los recursos naturales el

incremento de riesgos geoloacutegicos la deficiencia de sistemas

de seguridad y salud ocupacional ademaacutes de la contaminacioacuten

del agua suelo y aire (Cumbal et al 2014)

Esta problemaacutetica se hace maacutes evidente en las provincias de

Azuay El Oro y Zamora Chinchipe especiacuteficamente en los

distritos mineros de Nambija Portovelo-Zaruma y Camilo

Ponce Enriacutequez (Ministerio de Mineriacutea 2016) En estas zonas

los minerales auriacuteferos que contienen cantidades importantes

(gt 15) de sulfuros como pirita pirrotina arsenopirita y

calcopirita (De la Torre y Diacuteaz 2000) se procesan en molinos

chilenos (trapiches) se concentran gravimeacutetricamente y el oro

grueso presente se recupera por amalgamacioacuten con mercurio

esto a pesar de la prohibicioacuten establecida en la Reforma de la

Ley de Mineriacutea del antildeo 2013 El oro fino del material residual

se recupera por cianuracioacuten y este proceso genera grandes

voluacutemenes de efluentes que contienen concentraciones

elevadas de metales como As Cu y Hg

Los efluentes generados en estos procesos metaluacutergicos son

considerados desechos peligrosos sin embargo en muchos

casos debido a una inadecuada gestioacuten ambiental y ubicacioacuten

geograacutefica estos son depositados cerca de pendientes y riacuteos

(Appleton et al 2001) Las descargas al ambiente sin ninguacuten

tratamiento previo de efluentes que contienen metales pesados

disueltos y otras sustancias quiacutemicas ha generado que la mayor

Remocioacuten de Arseacutenico de Efluentes Liacutequidos de Plantas de Beneficio de Oro y Cuerpos Hiacutedricos de la Zona Minera de Ponce Enriacutequez por Rizofiltracioacuten con Pasto Azul (dactylis glomerata)

afectacioacuten ambiental se concentre en los cuerpos hiacutedricos de

las aacutereas cercanas a la explotacioacuten minera (Jimeacutenez et al

2016 Tarras et al 2001 Cumbal et al 2014) Esta situacioacuten

representa un riesgo potencial para el ambiente los habitantes

de estas zonas asiacute como a la agricultura y acuacultura

(PRODEMINCA 1998)

En este contexto los metales pesados presentes tanto en los

efluentes liacutequidos como en los relaves generados en los

procesos de extraccioacuten auriacutefera constituyen un riesgo latente

debido a su peligrosidad ya que al no ser ni quiacutemica ni

bioloacutegicamente degradables pueden permanecer cientos de

antildeos en el ambiente y provocar la degradacioacuten de los cuerpos

hiacutedricos (Tarras et al 2001)

La preocupacioacuten que ha generado este tema ha llevado a que

se realice monitoreos de la calidad de agua de los tres

principales distritos mineros del Ecuador realizados por

PRODEMINCA (1998) Appleton et al (2001) asiacute como

INIGEMM (2014) En estos estudios se determinoacute que la

concentracioacuten de As en los riacuteos de la zona de Camilo Ponce

Enriacutequez es superior a la de los ubicados en Zaruma Portovelo

y Nambija conforme se detalla en la Tabla 1

Se ha determinado que los cuerpos hiacutedricos del distrito minero

de Camilo Ponce Enriacutequez presentan valores promedio de As

20 veces superiores a los liacutemites maacuteximos permisibles

establecidos por la normativa ambiental para la preservacioacuten

de la vida acuaacutetica y silvestre en agua dulce (005 mg L-1) y

64 veces maacutes que la concentracioacuten miacutenima recomendada por

la Organizacioacuten Mundial de la Salud (10 ug L-1)

Tabla 1 Resultados del monitoreo de la concentracioacuten de As en los cuerpos hiacutedricos de los 3 principales distritos mineros

Distrito minero Zona de muestreo As (mgL-1)

Camilo Ponce

Enriacutequez

Riacuteo Chico-Riacuteo Gala(3) 282

Quebrada Jaboacuten(2) 0893

Riacuteo Siete(3) 0785

Riacuteo Chico(2) 0051

Riacuteo Siete (valor maacuteximo)(1) 047

Quebrada Cantildea Quemada(3) 0044

Riacuteo Guanache(2) 0036

Ex Camp Militar Saraguro(2)

0027

Riacuteo Tenguel(2) 0003

Zaruma -

Portovelo

Riacuteo Calera(3) 1983

Riacuteo Calera AJ Amarillo(2) 052

Riacuteo Amarillo AJ Pindo(2) 0343

Riacuteo Amarillo(2) 0302

Riacuteo Pindo(3) 0051

Riacuteo Amarillo(3) 0001

Riacuteo Calera y Amarillo(1) ND

Nambija

Quebrada Calixto(3) 0026 Quebrada Nambija(2) 0016

Quebrada Cambana(3) 0009

Quebrada Calixto(2) 0003 Riacuteo Nambija(3) 0003

Las Orquiacutedeas(2) 0002

Riacuteo Nambija(1) ND Quebrada Campanas(2) ND

Quebrada Cumay(2) ND

Liacutemite maacuteximo permisible As (mg L-1)(4) 005

Fuente (1) (Appleton et al 2001) (2) (INIGEMM 2014) (3) (PRODEMINCA 1998) (4) Liacutemite Maacuteximo Permisible Anexo 1 Tabla 2

Criterio de Calidad Admisible para la preservacioacuten de la vida acuaacutetica y silvestre en agua dulce marinas y de estuario TULSMA 2015 ND no se

ha determinado valor

Por este motivo es de vital importancia que los efluentes

liacutequidos generados en las plantas de beneficio antes de su

descarga a los cuerpos hiacutedricos cuenten con un tratamiento

previo ya que la exposicioacuten prolongada a eacuteste metaloide

puede causar alteraciones en el sistema nervioso y circulatorio

asiacute como en la piel pudiendo llegar a provocar

hidroarsenicismo croacutenico regional endeacutemico (HACRE)

enfermedad que se atribuye al consumo de agua con alto

contenido de As durante un largo tiempo e incluso provocar

caacutencer de piel pulmoacuten vejiga entre otros (Minaverry amp

Caacuteceres 2016 Salido et al 2003 OMS 2018 Vithanage et

al 2017)

Actualmente existen varios estudios sobre la aplicacioacuten de

teacutecnicas de remediacioacuten para la remocioacuten de As en agua entre

las cuales se consideran procesos fiacutesicos quiacutemicos como son

adsorcioacuten intercambio de iones precipitacioacutenndashcoagulacioacuten

filtracioacuten de membrana tambieacuten se contemplan procesos

bioloacutegicos como tratamientos con microorganismos o bio

filtracioacuten asiacute como la fitorremediacioacuten (Jang et al 2005

Boglione R et al 2019 Mondal et al 2006 McCutcheon amp

Joslashrgensen 2008)

La fitorremediacioacuten es una alternativa sustentable y de bajo

costo para la rehabilitacioacuten de ambientes afectados por

contaminantes naturales y antropogeacutenicos y es especialmente

uacutetil para el tratamiento de metales pesados (Delgadillo et al

2011 Gonzales 2014 Covarrubias amp Pentildea 2016 Tiwari

2019) ya que aprovecha la capacidad de especies vegetales

para extraer acumular inmovilizar y transformar los

contaminantes del agua (Rahman amp Hasegawa 2011) Las

plantas empleadas son capaces de retener altas

concentraciones de metales toacutexicos en sus raiacuteces brotes y

hojas (Tangahu et al 2011) por lo que se las ha definido

como un sistema de bombeo y filtracioacuten impulsado por energiacutea

solar que actuacutean como acumuladores que sobreviven a pesar

de concentrar contaminantes en sus tejidos eacutestos los

biodegradan o bio-transforman en formas inertes

(Cunningham et al 1993)

Existen especies vegetales que son maacutes eficaces para absorber

diferentes tipos de metales como el Pb Zn Cu Co Cr As y

varios radionucleiacutedos Los cambios maacutes importantes que se

aprecian en las plantas empleadas en estos tratamientos son

morfoloacutegicos y de deficiencia de crecimiento eacutestos dependen

del tipo de especie utilizada en el tratamiento (Raskin et al

1997 Yadav et al 2011 Ali et al 2013)

Las teacutecnicas de fitorremediacioacuten tienen varias ventajas ya que

las plantas pueden prosperar en ambientes altamente toacutexicos

debido a que requieren poco cuidado ademaacutes de generar gran

cantidad de biomasa rica en metales que una vez finalizado el

tratamiento pueden reciclarse pero tambieacuten se enfrentan a

desafiacuteos como la baja reproduccioacuten de las especies en medios

menos controlados y la concentracioacuten excesiva de metales

pesados que limita la remocioacuten de los mismos (McIntyre T

2003 Ali et al 2013)

Una de las teacutecnicas de fitorremediacioacuten maacutes aplicada en medio

acuaacutetico es la rizofiltracioacuten donde las raiacuteces absorben

concentran y precipitan los metales pesados presentes en aguas

Remocioacuten de Arseacutenico de Efluentes Liacutequidos de Plantas de Beneficio de Oro y Cuerpos Hiacutedricos de la Zona Minera de Ponce Enriacutequez por Rizofiltracioacuten con Pasto Azul (dactylis glomerata)

residuales este proceso incluye el transporte de contaminantes

metaacutelicos hacia la superficie de la raiacutez absorbente asiacute como la

absorcioacuten del metal a traveacutes de las membranas de las ceacutelulas

de la raiacutez hacia la biomasa siendo importante las interacciones

entre planta-agua a fin de controlar la recuperacioacuten de

contaminantes especiacuteficos de los cuerpos hiacutedricos

(Dushenkov et al 1995 Yadav et al 2011 Verma et al

2006)

Las plantas maacutes efectivas para este tipo de fitoremediacioacuten

son las especies terrestres que crecen en medios hidropoacutenicos

cuyas raiacuteces deben ser de raacutepido crecimiento con la capacidad

de eliminar metales toacutexicos durante largos periacuteodos de tiempo

de exposicioacuten (Raskyn et al 1997 Khilji amp Bareen 2008)

La rizofiltracioacuten presenta varias ventajas como depurar varios

metales tratar grandes voluacutemenes de efluentes menor

necesidad de productos quiacutemicos toacutexicos reduccioacuten del

volumen de residuos secundarios reciclaje y efectividad en el

cumplimiento de la normativa ambiental (Raskyn et al 1997

Dushenkov et al 1995 Padmavathiamma et al 2007 Yadav

et al 2011)

Ejemplos exitosos del uso de esta teacutecnica son los humedales

artificiales camas de cantildea y sistemas de planta flotante para el

tratamiento de algunos tipos de aguas residuales en este caso

los metales se acumulan mayoritariamente en las raiacuteces de las

plantas empleadas Trabajos realizados por Lintildeaacuten (2016)

Flores (2017) y Barreto (2019) lograron obtener valores de

remocioacuten de As en soluciones sinteacuteticas de 22 50 98

96 empleando especies como la Quinuilla (Chenopodium

aacutelbum) cebolla Allium cepa Jacinto de agua (Eichhornia

crassipes) Pasto Azul (Dactylis glomerata) respectivamente

Hasta ahora en el Ecuador no se evidencia la aplicacioacuten de

sistemas de remediacioacuten de aguas contaminadas por As en

zonas mineras La presente investigacioacuten tiene como objetivo

principal evaluar la capacidad de remocioacuten de este metal de

efluentes liacutequidos de plantas de beneficio y de cuerpos hiacutedricos

ubicados en el distrito Minero de Camilo Ponce Enriacutequez

En este trabajo se emplearaacute la rizofiltracioacuten con pasto azul

(Dactylis glomerata) para absorber acumular estabilizar o

reducir el As presente en efluentes liacutequidos de dos plantas de

beneficio y dos cuerpos hiacutedricos del distrito minero en

referencia El tratamiento se aplicaraacute hasta alcanzar niveles de

As inferiores a los liacutemites maacuteximos permisibles establecidos

en la normativa ambiental ecuatoriana tanto a escala

laboratorio como piloto A partir de los resultados obtenidos

se espera motivar la aplicacioacuten del proceso por parte de las

empresas mineras de la zona como un tratamiento no

convencional que mejorariacutea la gestioacuten ambiental de sus

actividades

2 METODOLOGIacuteA

21 Caracterizacioacuten de las muestras de estudio

211 Seleccioacuten de la zona de estudio

Con base en la informacioacuten existente sobre los monitoreos de

calidad de agua de los riacuteos en los principales distritos mineros

del sur de Ecuador realizadas por PRODEMINCA (1998)

Appleton et al (2001) asiacute como por el INIGEMM (2014) se

seleccionoacute como aacuterea de estudio el distrito de Camilo Ponce

Enriacutequez

En esta zona se identificaron dos cuerpos hiacutedricos (riacuteo Siete y

riacuteo Chico) que presentaban concentraciones elevadas de As

que son superiores a 005 mg L-1 liacutemite maacuteximo permisible

establecido en la normativa ambiental ecuatoriana Anexo 1

Tabla 2 (Ministerio del Ambiente 2015)

Ademaacutes se identificaron dos plantas de beneficio ubicadas en

la zona de influencia de los cuerpos hiacutedricos seleccionados

cuyos efluentes liacutequidos presentaron concentraciones de As

superiores a 01 mgL-1 que corresponde al liacutemite maacuteximo

permisible establecido en el Anexo 1 Tabla 9 (Ministerio del

Ambiente 2015)

212 Toma de muestras de efluentes liacutequidos y cuerpos

hiacutedricos del distrito minero Camilo Ponce Enriacutequez

Con la identificacioacuten de los cuerpos hiacutedricos y plantas de

beneficio ubicados en el distrito minero de Camilo Ponce

Enriacutequez se procedioacute con un muestreo puntual para lo cual se

empleoacute el meacutetodo establecido en la Norma Teacutecnica INEN

2176 (Instituto Ecuatoriano de Normalizacioacuten 2013)

Las muestras fueron transportadas en un cajoacuten refrigerado por

viacutea terrestre al laboratorio del Departamento de Metalurgia

Extractiva (DEMEX) donde se realizaron los respectivos

anaacutelisis para la caracterizacioacuten fiacutesico ndash quiacutemica a fin de

determinar las condiciones iniciales previo a la aplicacioacuten del

proceso de rizofiltracioacuten como alternativa de depuracioacuten

213 Caracterizacioacuten de las muestras bajo estudio

La caracterizacioacuten quiacutemica de las muestras se realiza

empleando un equipo de absorcioacuten atoacutemica (AAnalyst 300

PERKIN ELMER) y un ICP-OES (PERKIN ELMER Optima

8000) para determinar la concentracioacuten inicial de Cu Cd Pb

Fe Zn Hg y principalmente As Ademaacutes se midioacute el pH de

las muestras y los soacutelidos suspendidos presentes

Se consideraron estos paraacutemetros ya que los mismos cuentan

con liacutemites maacuteximos permisibles establecidos en la normativa

ambiental vigente y que tienen incidencia en los criterios de

calidad para tratamiento de aguas afectadas por actividades

mineras (Quishpe 2010)

22 Desarrollo de cultivos hidropoacutenicos de plantas para

rizofiltracioacuten

221 Seleccioacuten de especie con mayor capacidad de

absorcioacuten de As en medio acuoso

Para la seleccioacuten de la especie con mayor porcentaje de

absorcioacuten de As se realizaron ensayos con plantas de jacinto

de agua (eichhornia crassipes) pasto azul (poa pratensis) y

helecho acuaacutetico miniatura (azolla) las cuales se desarrollaron

en cultivos hidropoacutenicos (Barreto 2019)

Remocioacuten de Arseacutenico de Efluentes Liacutequidos de Plantas de Beneficio de Oro y Cuerpos Hiacutedricos de la Zona Minera de Ponce Enriacutequez por Rizofiltracioacuten con Pasto Azul (dactylis glomerata)

Las especies seleccionadas fueron separadas en tres grupos de

10 plantas y cada una de ellas se colocoacute en contacto con

400 mL de soluciones sinteacuteticas de As de 0154 mgL-1

0375 mgL-1 y 0847 mgL-1 durante 15 diacuteas Durante este

periodo se llevoacute un registro del pH de las soluciones asiacute como

del marchitamiento mortalidad y coloracioacuten de las plantas

Los diacuteas 1 2 3 6 7 8 9 y 15 del ensayo se tomaron aliacutecuotas

de 10 mL para el anaacutelisis de la concentracioacuten de As en el ICP-

OES Se determinoacute el porcentaje de absorcioacuten del metal

pesado por las plantas con base en la diferencia entre la

concentracioacuten inicial y final de este metaloide en solucioacuten

ademaacutes se consideroacute la peacuterdida de volumen de muestra debido

a la evaporacioacuten y absorcioacuten propia de las plantas

En funcioacuten de los resultados obtenidos se seleccionoacute la especie

que presentoacute el mayor porcentaje de absorcioacuten de As en

soluciones sinteacuteticas para su posterior aplicacioacuten en ensayos

de depuracioacuten de aguas de riacuteo y efluentes de la zona de Camilo

Ponce Enriacutequez

222 Desarrollo de cultivos hidropoacutenicos de pasto azul

(dactylis glomerata)

Se implementaron semilleros hidropoacutenicos empleando como

sustrato espuma de poliuretano en cubos de 25 cm por arista

Cada cubo se humedecioacute con agua destilada previo a colocar

3 a 4 semillas de pasto azul (dactylis glomerata) con el fin de

facilitar la germinacioacuten (Quishpe 2010)

Los cubos con las semillas se colocaron en recipientes

(semilleros) que se cubrieron con agua destilada y se dejaron

reposar por 24 horas para que el sustrato capte toda la

humedad necesaria para favorecer la germinacioacuten

Transcurrido ese periodo se evacuoacute el exceso de agua para que

prosiga el proceso Durante esta etapa se realizoacute una

depuracioacuten de las plaacutentulas que no germinaron

Las primeras plaacutentulas germinadas fueron trasladadas a

bandejas con solucioacuten nutritiva que provee los nutrientes

necesarios para su adecuado desarrollo (INTAGRI 2017)

Esta solucioacuten fue elaborada a partir de macronutrientes como

fosfato di aacutecido de potasio (KH2PO4) nitrato de potasio

(KNO3) nitrato de calcio tetra hidratado [Ca(NO3)24H2O]

sulfato de magnesio hepta hidratado (MgSO47H2O) y

micronutrientes como EDTA de hierro (Fe) sulfato

manganoso hidratado (MnSO4 H2O) aacutecido boacuterico (H3BO3)

sulfato cuacuteprico penta hidratado (CuSO45H2O) molibdato de

amonio tetra hidratado [(NH4)6Mo7O24H2O] sulfato de zinc

hepta hidratado (ZnSO47H2O) cuya composicioacuten se presenta

en la Ficha Teacutecnica III Las plaacutentulas permanecen en las

bandejas hasta alcanzar una longitud de 10 a 12 cm

Las plantas ya desarrolladas fueron trasladas a un sistema

hidropoacutenico vertical NFT (Nutrient Film Technique) que estaacute

compuesto de a) Canales para cultivo hidropoacutenico (tubos PVC

de 3 m de largo y 01 m de diaacutemetro) b) Estructura de madera

(1 m de base 24 de largo y 21 de alto) y c) Sistema de

bombeo y alimentacioacuten (red de distribucioacuten bomba y tanque

de alimentacioacuten) conforme a la Figura 1 Ademaacutes en los

canales para el cultivo hidropoacutenico las plantas se colocaron

con una separacioacuten de 5 cm entre cada una de ellas

Figura 1 Esquema sistema hidropoacutenico vertical NFT

(Nutrient Film Technique)

Durante el proceso de crecimiento de las plantas de pasto azul

se controloacute su longitud la presencia de plagas y la mortalidad

de las mismas Las plantas permanecieron de 4 a 5 meses

dentro de este sistema hasta que presentaron longitudes

promedio de 60 cm en hojas y 12 cm en raiacutez previo a ser

empleadas en el tratamiento de rizofiltracioacuten de las muestras

de efluentes y cuerpos hiacutedricos (Barreto 2019)

23 Remocioacuten de As de efluentes liacutequidos de plantas de

beneficio y cuerpos hiacutedricos por rizofiltracioacuten con pasto

azul a escala laboratorio

Las muestras de efluentes liacutequidos de dos plantas de beneficio

y dos cuerpos hiacutedricos del distrito minero de Camilo Ponce

Enriacutequez que presentaron concentraciones de As superiores a

los liacutemites maacuteximos permisibles establecidos en la normativa

ambiental se trataron por rizofiltracioacuten con pasto azul

desarrollado por medios hidropoacutenicos (4 y 5 meses)

Para la depuracioacuten de los efluentes y el agua de los cuerpos

hiacutedricos a escala laboratorio se emplearon en cada caso

5000 mL de muestra que se colocaron en contacto con plantas

de pasto azul de 4 meses de crecimiento a las cuales se les

midioacute previamente la longitud de la raiacutez y las hojas conforme

a la Figura 2

Durante el tratamiento con una periodicidad de 48 horas se

tomaron aliacutecuotas de 30 mL de muestras de efluentes y aguas

para determinar la concentracioacuten de As remanente en las

soluciones empleando ICP-OES

El proceso de depuracioacuten de As por rizofiltracioacuten para los

efluentes de las plantas de beneficio de oro finalizoacute una vez

que la solucioacuten residual alcanzoacute concentraciones menores a

01 mgL-1 y 005 mg L-1 para las aguas de los cuerpos

hiacutedricos En ambos casos los porcentajes de remocioacuten del

metaloide fueron superiores al 90

Se realizoacute otro ensayo de rizofiltracioacuten para ello se incrementoacute

el tiempo de crecimiento de las especies de pasto azul de 4 a 5

meses a fin de determinar coacutemo variacutea este paraacutemetro en la

absorcioacuten de As y se procedioacute con el tratamiento antes

detallado Para este tratamiento se redujo el nuacutemero de plantas

a 10 especies y se empleoacute 3000 mL de muestra de agua para

cuerpos hiacutedricos y 5000 mL para efluentes liacutequidos de plantas

de beneficio

Remocioacuten de Arseacutenico de Efluentes Liacutequidos de Plantas de Beneficio de Oro y Cuerpos Hiacutedricos de la Zona Minera de Ponce Enriacutequez por Rizofiltracioacuten con Pasto Azul (dactylis glomerata)

Figura 2 Tratamiento de rizofiltracioacuten con pasto azul (dactylis glomerata)

Durante todos los ensayos a escala laboratorio se determinaron

porcentajes de mortalidad marchitamiento y tamantildeo de hojas

con el fin de establecer el grado de afectacioacuten de la absorcioacuten

de As en el desarrollo de la planta y su eficiencia en el

tratamiento

Una vez finalizados los diferentes tratamientos por

rizofiltracioacuten con pasto azul se determinoacute la concentracioacuten de

As presente en las hojas y la raiacutez de las plantas empleadas

durante el proceso Con este fin las plantas se secaron a

temperatura ambiente por dos semanas y se llevaron

separadamente a disgregacioacuten con aacutecido niacutetrico (65) Las

soluciones obtenidas se llevaron a anaacutelisis de la concentracioacuten

de As en ICP-OES Esto con el fin de determinar en queacute

seccioacuten de la planta se alojaba la mayor cantidad del metaloide

Con todos los datos obtenidos se realizoacute un anaacutelisis estadiacutestico

del comportamiento de cada ensayo para ello se aplicaraacute el

meacutetodo de varianza global (ADEVA o ANOVA)

24 Remocioacuten de As de efluentes liacutequidos de plantas de

beneficio por rizofiltracioacuten con pasto azul a escala piloto

Para la aplicacioacuten del tratamiento de depuracioacuten por

rizofiltracioacuten a escala piloto se instaloacute un sistema de

humedales artificiales de 20 L por diacutea de capacidad El

esquema de la instalacioacuten piloto se ilustra en la Figura 3 y fue

desarrollado de acuerdo a lo sugerido por Guanoluisa (2012)

El sistema estuvo compuesto por una estructura metaacutelica de

acero al carbono recubierto con pintura anticorrosiva con una

pendiente de 007 m que conteniacutea 2 recipientes tipo caja de

polipropileno comercial con sustrato inerte (34 cm de altura)

Dicho sustrato tuvo una primera capa de 9 cm de grava (2 a

4 cm) seguido de 9 cm de grava (lt 2 cm) y finalmente 16 cm

de una mezcla de grava y piedra poacutemez (lt 2 cm)

El sustrato fue lavado y desinfectado previamente con una

solucioacuten de cloro y se dejoacute secar al ambiente durante 1 diacutea En

eacuteste se colocaron 15 plantas de pasto azul de 6 meses de

crecimiento hidropoacutenico Se registroacute la longitud de la raiacutez y

hojas se adicionoacute solucioacuten nutritiva la misma que fue

recirculada por 5 diacuteas En este periodo de tiempo las plantas se

acondicionaron para tratamiento posterior

Figura 3 Esquema de humedales artificiales con pasto azul

(Modificado de Guanoluisa 2012)

Para la depuracioacuten por rizofiltracioacuten se emplearon 5 L de

efluentes liacutequidos de planta de beneficio de oro La

caracterizacioacuten de cada muestra se realizoacute conforme al

numeral 213 La muestra se colocoacute en el tanque de

alimentacioacuten desde el cual se bombeoacute hacia el humedal

superior (humedal 1) una vez terminado el bombeo se dejoacute en

contacto con las plantas durante 24 horas posterior a ello se

descargoacute la solucioacuten al segundo humedal (humedal 2) en el

cual se tuvo un tiempo de retencioacuten de 24 horas

Al finalizar el tiempo de tratamiento de cada efluente se

tomaron muestras de 30 mL de las soluciones de salida del

humedal 2 para el respectivo anaacutelisis del contenido de As

residual por medio del equipo ICP-OES Con los resultados

obtenidos se estableceraacute el porcentaje de absorcioacuten del

metaloide y la eficiencia de depuracioacuten del proceso

3 RESULTADOS Y DISCUSIOacuteN

Con base en los resultados del monitoreo de cuerpos hiacutedricos

realizado en los tres distritos mineros del sur del Ecuador se

seleccionoacute como zona de estudio el distrito de Camilo Ponce

Enriacutequez ya que presentaba las mayores concentraciones de

As seguacuten los estudios mencionados en la Seccioacuten 211

Con estos antecedentes se identificaron a los riacuteos Siete y Chico

como los cuerpos hiacutedricos a emplear en el presente trabajo

pues ambos superaban en promedio 20 veces el liacutemite maacuteximo

permisible establecido en la Tabla 2 del Anexo del Texto

Unificado de Legislacioacuten Secundaria del Ministerio del

Ambiente conforme se presenta en la Tabla 2

Tabla 2 Resultados de monitoreo de calidad de agua en cuerpos hiacutedricos del

Distrito Minero de Camilo Ponce Enriacutequez

Cuerpo Hiacutedrico

Concentracioacuten de As (mgL-1)

PRODEMINCA

1998

INIGEMM

2014

Appleton et al

2001

Riacuteo Siete 0785 0893 047

Riacuteo Chico 282 0051 ---

LMP(1) 005

(1) Liacutemite Maacuteximo Permisible Anexo 1 Tabla 2 Criterio de Calidad

Admisible para la preservacioacuten de la vida acuaacutetica y silvestre en agua dulce marinas y de estuario TULSMA

Remocioacuten de Arseacutenico de Efluentes Liacutequidos de Plantas de Beneficio de Oro y Cuerpos Hiacutedricos de la Zona Minera de Ponce Enriacutequez por Rizofiltracioacuten con Pasto Azul (dactylis glomerata)

Adicionalmente para la seleccioacuten de la zona de estudio se

consideroacute la informacioacuten del Catastro Minero (ARCOM

2019) se determinoacute que en el distrito Camilo Ponce Enriacutequez

se ubican 25 concesiones mineras y 38 plantas de beneficio de

las cuales maacutes del 95 no estaacuten regularizados ambientalmente

para la ejecucioacuten de sus labores mineras por lo que estas no

cuentan con las medidas ambientales necesarias para cumplir

con los requerimientos establecidos por la Maacutexima Autoridad

Ambiental en la gestioacuten de sus descargas Esta situacioacuten

afecta a la calidad de los cuerpos hiacutedricos que se ubican cerca

de estas actividades los mismos que aguas abajo son utilizados

para consumo humano y riego

Por esta razoacuten se identificaron dos plantas de beneficio

ubicadas en la zona de influencia de los cuerpos hiacutedricos

seleccionados cuyos efluentes liacutequidos presentaron

concentraciones de As superiores a 01 mgL-1 que

corresponde al liacutemite maacuteximo permisible establecido en el

Anexo 1 Tabla 9 (Ministerio del Ambiente 2015)

31 Georreferenciacioacuten de las muestras empleadas

Una vez seleccionados los dos riacuteos y las dos plantas de

beneficio se georreferenciaron los puntos objeto de estudio

para lo que se tomaron las coordenadas de cada uno de ellos

en el sistema WGS 84 ndash 17 Sur que se detalla en la Tabla 3

Se debe sentildealar que existe una distancia aproximada de 6 Km

en liacutenea recta desde el punto de muestreo del cuerpo hiacutedrico y

la planta de beneficio que se ubica sobre el mismo es decir

que el efluente liacutequido con el que se trabajaraacute contribuye con

carga contaminante al cuerpo hiacutedrico de estudio por lo que es

importante la aplicacioacuten de sistemas de tratamiento previo a su

descarga

32 Caracterizacioacuten de las muestras de cuerpos hiacutedricos y

efluentes de plantas de beneficio de oro

Una vez identificados los puntos de estudio se procedioacute con

un muestreo puntual de agua en cada uno de ellos para lo cual

se siguioacute los lineamientos de la Norma Teacutecnica INEN 2176

(Seccioacuten 212) Las muestras fueron caracterizadas a fin de

determinar la concentracioacuten inicial de metales como Cu Cd

Pb Fe Zn Hg y As ademaacutes se midioacute el pH factor importante

al momento de la remocioacuten del metal pesado de intereacutes

durante el proceso de rizofiltracioacuten los resultados se presentan

en la Tabla 4

Las muestras de agua superficial tomadas en los dos cuerpos

hiacutedricos y las dos muestras de efluentes liacutequidos de plantas de

beneficio presentan valores de As sobre los liacutemites maacuteximos

permisibles establecidos en la normativa ambiental

ecuatoriana manteniendo concordancia con los datos

presentados en la Tabla 2 del presente documento

Tabla 3 Coordenadas de los cuatro puntos de muestreo

Muestra Nomenclatura Coordenadas WGS 84-17S

Norte Este

Riacuteo Siete RS 636474 9661446 Riacuteo Chico CH 644996 9668296

Planta de beneficio 1 PB1 642260 9657706

Planta de beneficio 2 PB2 651264 9665731

Tabla 4 Caracterizacioacuten de muestras de cuerpos hiacutedricos y plantas de

beneficio

Paraacutemetro

analizadoss

Muestra

Riacuteo

Siete(1)

Riacuteo

Chico(1)

Planta de

Beneficio 1(2)

Planta de

Beneficio 2(2)

pH 780 835 787 840

Metales

(mgL-1)

As 012 027 014 024

Cu 001 001 028 533 Fe 002 lt001 009 010

Pb 008 002 003 001

Zn 001 lt001 002 002 Cd lt001 lt001 001 lt001

Hg 00002 00003 00004 00001

(1) Liacutemite Maacuteximo Permisible Anexo 1 Tabla 2 TULSMA (2) Liacutemite Maacuteximo Permisible Anexo 1 Tabla 9 TULSMA

La concentracioacuten de As del riacuteo Chico supera 5 veces al liacutemite

maacuteximo permisible establecido por la Autoridad Ambiental

Nacional siendo eacuteste el valor maacutes alto de las 4 muestras

analizadas Esto puede deberse a que en su parte superior

recibe una considerable aporte de la contaminacioacuten de las

actividades mineras de la zona de San Gerardo conforme a lo

sentildealado por PRODEMINCA (1998) donde se destaca que en

las descargas de efluentes el principal elemento presente es el

As un ejemplo de ello es la planta de beneficio 2 cuya

concentracioacuten de As es 024 mgL-1 que representa maacutes del

doble del liacutemite permisible que corresponde a 01 mg L-1

afectando la capacidad de autodepuracioacuten del cuerpo hiacutedrico

esta actividad se desarrolla a 6 Km del punto de toma de

muestra del riacuteo en referencia

33 Seleccioacuten de especie con mayor capacidad de absorcioacuten

de As en medio acuoso

Para la seleccioacuten de la especie maacutes adecuada para la remocioacuten

de As a traveacutes de rizofiltracioacuten se partioacute de los resultados

previos obtenidos por Barreto (2019) en los cuales se

consideraron 16 especies iniciales entre terrestres y acuaacuteticas

las mismas que fueron puestas por 48 horas en contacto con

una solucioacuten sinteacutetica de 45 mgL-1 de As a fin de determinar

la que presentaba mayor remocioacuten de eacuteste metaloide

En funcioacuten de los resultados obtenidos por Barreto (2019) se

seleccionaron tres especies dos acuaacuteticas (jacinto de agua y

helecho acuaacutetico miniatura) y una terrestre (pasto azul) que

fueron desarrollados por medios hidropoacutenicos y puestas en

contacto con soluciones sinteacuteticas de As de concentraciones de

0154 mgL-1 0375 mgL-1 y 0847 mgL-1 por 15 diacuteas

obteniendo los siguientes resultados

Se determinoacute que el jacinto de agua remueve el mayor

porcentaje de As de soluciones sinteacuteticas obteniendo un valor

maacuteximo de 98 al estar en contacto con una solucioacuten sinteacutetica

de 0154 mgL-1 de As sin embargo su tasa de mortalidad y

marchitamiento fue 76 y 78 respectivamente en cambio el

pasto azul para la misma concentracioacuten de As removioacute el 96

del metaloide con una mortalidad del 437 y 28 de

marchitamiento por lo que esta especie tuvo la mejor

adaptabilidad ya que no se vio afectado su desarrollo Esto

concuerda con los sentildealado por Raskyn et al (1997) respecto

a que las especies terrestres desarrolladas en medios

hidropoacutenicos son maacutes aptas para la remocioacuten de metales

pesados presentes en solucioacuten

Remocioacuten de Arseacutenico de Efluentes Liacutequidos de Plantas de Beneficio de Oro y Cuerpos Hiacutedricos de la Zona Minera de Ponce Enriacutequez por Rizofiltracioacuten con Pasto Azul (dactylis glomerata)

Tabla 5 Evaluacioacuten de remocioacuten de As de soluciones sinteacuteticas

Especie Remocioacuten As () Mortalidad

()

Marchita

() T-1(1) T-2(2) T-3(3

Jacinto agua 980 580 640 760 780

Pasto azul 960 570 700 473 280 Helecho 840 440 430 100 100

(1) T-1 Solucioacuten sinteacutetica 0154 mgL-1

(2) T-2 Solucioacuten sinteacutetica 0375 mgL-1 (3) T-3 Solucioacuten sinteacutetica 0847 mgL-1

Dushenkov et al (1995) sentildeala que las raiacuteces de las plantas

terrestres tienen una capacidad intriacutenseca para absorber y

precipitar metales pesados de soluciones y que los pastos

tienen la propiedad de regenerar su raiacutez siendo esto

beneficioso para emplearlos en procesos de rizofiltracioacuten Bajo

estos criterios se seleccionoacute a la especie de pasto azul como la

de mejores caracteriacutesticas para la aplicacioacuten del tratamiento de

rizofiltracioacuten en muestras de cuerpos hiacutedricos y efluentes

liacutequidos de plantas de beneficio con concentraciones de As

superiores a los liacutemites maacuteximos permisibles

34 Desarrollo de cultivos hidropoacutenicos de pasto azul

(dactylis glomerata)

Para el desarrollo de cultivos hidropoacutenicos de pasto azul se

emplearon 276 cubos de sustrato en los cuales se colocaron de

3 a 5 semillas de acuerdo a la metodologiacutea descrita en la

Seccioacuten 222 En eacutesta fase se obtuvo un 640 de germinacioacuten

a los 11 diacuteas de proceso Al final de este periodo las plaacutentulas

presentaron un promedio de crecimiento de 188 cm

Las semillas germinadas fueron colocadas en bandejas con

solucioacuten nutritiva de las cuales el 760 alcanzaron una

longitud de entre 10 a 12 cm posterior a ello se trasladaron al

sistema hidropoacutenico vertical NFT en esta etapa

permanecieron de 4 a 5 meses previo a ser empleadas en el

tratamiento de rizofiltracioacuten para lo cual alcanzaron

longitudes promedio de 60 cm en hojas y 12 cm en raiacutez

(Seccioacuten 222)

Durante el crecimiento de las plantas se controloacute la presencia

de plagas y mortalidad de las mismas para contrarrestar la

plaga de pulgoacuten verde que sufrieron al tercer mes de

crecimiento se empleoacute una insecticida natural que conteniacutea

ajo y agua (relacioacuten 19) con ello se eliminoacute el 80 de la plaga

en el plazo de 24 horas Adicionalmente se repitioacute el proceso

cada 2 diacuteas hasta obtener el 100 de depuracioacuten

Semanalmente se limpiaron las hojas marchitas de las plantas

a fin de que eacutestas se regeneren

35 Resultados de remocioacuten de As por rizofiltracioacuten

empleando pasto azul a escala laboratorio

351 Remocioacuten de As de muestras de agua superficial de

dos cuerpos hiacutedricos

Con base en los resultados de la caracterizacioacuten de las

muestras de agua superficial de los riacuteos Chico y Siete cuya

concentracioacuten de As sobrepasaba el liacutemite maacuteximo permisible

de 005 (mgL-1) y considerando los resultados presentados en

la Tabla 5 donde se verificoacute que el pasto azul (dactylis

glomerata) presentaba porcentajes de remocioacuten de As

superiores al 50 con una mortalidad del 473 se procedioacute

directamente a la aplicacioacuten del tratamiento de rizofiltracioacuten

para las muestras de agua

Las plantas empleadas en los tratamientos se desarrollaron en

cultivos hidropoacutenicos con solucioacuten nutritiva a fin de que la

raiacutez de la especie vegetal se adapte al medio acuoso de

acuerdo a lo detallado en la Seccioacuten 222

Para la muestra de agua del riacuteo Siete se realizoacute dos

tratamientos en el primero se empleoacute 15 plantas de pasto azul

con 4 meses de crecimiento cuyas dimensiones promedio

fueron 5327 cm hojas y 1147 cm raiacutez Para el segundo

tratamiento se redujo el nuacutemero de especies a 10 plantas con

un tiempo de crecimiento de 5 meses y longitudes promedio

de 136 cm y 609 cm para raiacutez y hojas respectivamente

Conforme a los resultados sentildealados en la Tabla 6 para el

Tratamiento 1 al cuarto diacutea ya se contoacute con concentraciones

de As inferiores al liacutemite maacuteximo permisible de 005 mgL-1

establecido en la normativa ambiental aplicable para la

preservacioacuten de los cuerpos hiacutedricos Desde el diacutea quinto hasta

el deacutecimo tercer diacutea la reduccioacuten de la concentracioacuten del

metaloide se mantiene constante y al deacutecimo cuarto diacutea la

concentracioacuten de As se ubica bajo el liacutemite recomendable por

la Organizacioacuten Mundial de la Salud de 001 mgL-1

alcanzando su maacuteximo porcentaje de remocioacuten el deacutecimo

quinto diacutea de tratamiento con un 972 y una tasa de

marchitamiento del 80

El tratamiento se podriacutea aplicar hasta el cuarto diacutea tiempo en

el cual las plantas presentan una mortalidad del 40 con una

remocioacuten del 716 A partir de ese tiempo las especies

vegetales empiezan a perder su capacidad de tolerancia al As

esto puede deberse a que las fitoquelatinas que son peacuteptidos

que permiten la quelacioacuten o precipitacioacuten de los metales

pesados dentro de las vacuolas celulares y con ello evitar dantildeo

celular de las plantas estaacuten perdiendo su capacidad de

asociacioacuten con los metales lo que disminuye su remocioacuten

(Schat 2002 Yadav 2010)

En el ensayo de rizofiltracioacuten del Tratamiento 2 se puede

observar que al segundo diacutea de tratamiento ya se tienen

concentraciones menores al liacutemite maacuteximo permisible con un

porcentaje de remocioacuten del 737 Ademaacutes las plantas

presentaron un marchitamiento del 20 por lo que al emplear

especies maacutes maduras se puede tanto obtener mejores

resultados en menor tiempo como regenerar las especies para

aplicarlas en otros tratamientos ya que eacutestas se han adaptado

a la concentracioacuten de As Cabe sentildealar que las especies

utilizadas en este tratamiento presentaron un sistema radicular

maacutes desarrollado en comparacioacuten con las plantas del

tratamiento anterior

Al respecto en el estudio de Vaacutesquez et al (2009) se

establecioacute que las plantas han desarrollado varios mecanismos

para controlar la homeostasis de elementos esenciales y

soportar el estreacutes generado por elementos toacutexicos lo que le

permite adaptarse a ellos por lo que los altos porcentajes de

remocioacuten de As pueden atribuirse a que la planta asimiloacute a este

metaloide como un nutriente

Remocioacuten de Arseacutenico de Efluentes Liacutequidos de Plantas de Beneficio de Oro y Cuerpos Hiacutedricos de la Zona Minera de Ponce Enriacutequez por Rizofiltracioacuten con Pasto Azul (dactylis glomerata)

Tabla 6 Remocioacuten de As de muestras del riacuteo Siete empleando rizofiltracioacuten

con pasto azul Tratamiento 1(2) Tratamiento 2(3)

Diacutea de

tratamiento

Concentracioacuten

As solucioacuten

(mgL-1)

Diacutea de

tratamiento

Concentracioacuten

As solucioacuten

(mgL-1)

LMP(1) 005 LMP(1 005

0 0120 0 0120

1 0050 1 0061 4 0038 2 0032

5 0034 5 0014

7 0024 6 0006 15 0006 7 0001

(1) Liacutemite Maacuteximo Permisible Anexo 1 Tabla 2 TULSMA

(2) Tratamiento 1 5000 mL de muestra 15 plantas y 4 meses de crecimiento (3) Tratamiento 2 3000 mL de muestra 10 plantas y 5 meses de crecimiento

De acuerdo a Meharg A (2005) y Rangel et al (2015) el As

en forma de arseniato (As+5) puede sustituir al fosfato que es

considerado como un macronutriente de la solucioacuten nutritiva

en la cual se desarrollaron las plantas pues posee una

estructura anaacuteloga y por consiguiente puede entrar a las

ceacutelulas a traveacutes del sistema de transporte del fosfato

Para la muestra de agua del riacuteo Chico se partioacute de una

concentracioacuten de As de 027 mgL-1 y se tratoacute 5000 mL por

rizofiltracioacuten con 15 plantas de pasto azul de 4 meses de

crecimiento hidropoacutenico con dimensiones de 6260 cm y 1273

cm de longitud de hojas y raiacutez respectivamente De los

resultados obtenidos se determinoacute que al seacuteptimo diacutea la

concentracioacuten de As se encontroacute bajo el liacutemite maacuteximo

permisible tiempo que es superior en 3 diacuteas a los resultados

obtenidos en los tratamientos con las muestras del riacuteo Siete que

presentoacute una concentracioacuten inicial de As menor a la del riacuteo

Chico por lo que al octavo diacutea se finalizoacute el tratamiento y se

alcanzoacute una maacutexima remocioacuten de 974 con una mortalidad

del 70

Con estos resultados se realizoacute otro ensayo de rizofiltracioacuten

que corresponde al Tratamiento 2 en el que se redujo el

nuacutemero de plantas y el volumen de muestra de 5000 mL a

3000 mL a fin de determinar la influencia de estos factores en

la absorcioacuten de As En este caso se emplearon 10 plantas de

pasto azul con 5 meses de crecimiento cuyas dimensiones

fueron 1250 cm y 5180 cm de para raiacutez y hojas

respectivamente En la Tabla 7 se muestra que al sexto diacutea de

tratamiento presentaron valores bajo al liacutemite maacuteximo

permisible lo que puede deberse a que el sistema radicular de

estas especies estuvo maacutes desarrollado favoreciendo la

absorcioacuten del As ya que al seacuteptimo se alcanzoacute el 999 de

remocioacuten con un 200 de mortalidad

Tabla 7 Remocioacuten de As de muestras del riacuteo Chico empleando

rizofiltracioacuten con pasto azul Tratamiento 1(2) Tratamiento 2(3)

Diacutea de

tratamiento Concentracioacuten As

solucioacuten (mgL-1) Diacutea de

tratamiento Concentracioacuten As

solucioacuten (mgL-1)

LMP(1) 005 LMP(1) 005

0 0270 0 0270

1 0206 1 0204 2 0094 2 0185

6 0051 5 0090

7 0026 6 0037

8 0007 7 0001

(1) Liacutemite Maacuteximo Permisible Anexo 1 Tabla 2 TULSMA

(2) Tratamiento 1 5000 mL de muestra 15 plantas y 4 meses de crecimiento (3) Tratamiento 2 3000 mL de muestra 10 plantas y 5 meses de crecimiento

Figura 4 Remocioacuten de As en funcioacuten de la concentracioacuten inicial

Para determinar coacutemo afecta la concentracioacuten de As en la

remocioacuten de este metal a traveacutes de rizofiltracioacuten se realizoacute una

comparacioacuten entre los resultados del Tratamiento 1 de las 2

muestras de agua de los cuerpos hiacutedricos del Distrito Minero

Camilo Ponce Enriacutequez Los resultados obtenidos se muestran

en la Figura 4 en esta comparacioacuten se puede observar que a

menor concentracioacuten de As se llega en menor tiempo a valores

bajo los liacutemites permisibles La muestra del riacuteo Siete al primer

diacutea de tratamiento alcanza este valor mientras que la muestra

del riacuteo Chico lo alcanza al sexto diacutea

Para el seacuteptimo diacutea las dos muestras de estudio alcanzaron el

mismo rango de concentracioacuten de As que es inferior al liacutemite

maacuteximo permisibles establecido en la normativa ambiental

Asiacute mismo se puede observar que las plantas una vez que

absorben maacutes del 50 empiezan a reducir su capacidad de

absorcioacuten lo que puede atribuirse a que la planta estaacute

saturaacutendose ya no reconoce al As como fosfato

352 Remocioacuten de As de muestras de agua de efluentes

liacutequidos de dos plantas de beneficio de oro a escala

laboratorio

De acuerdo a PRODEMINCA (1998) en las cuencas de los

riacuteos Chico y Siete se ubica una extensa explotacioacuten auriacutefera a

partir de minerales que contienen sulfuros Las teacutecnicas de

explotacioacuten y beneficio no son en su mayoriacutea eficientes como

tampoco lo es la disposicioacuten de los efluentes esto genera

afectacioacuten a los cuerpos hiacutedricos de la zona Por ello se evaluoacute

la remocioacuten de As por rizofiltracioacuten para los efluentes de dos

plantas de beneficio instaladas en las riveras de estos riacuteos

Para cada ensayo se partioacute de 5000 mL de efluentes liacutequidos

y 15 plantas de pasto azul de 4 meses de crecimiento cuyas

dimensiones en promedio fueron para la Planta de Beneficio

1 6547 cm (hojas) y 1213 cm (raiacutez) y para la Planta de

Beneficio 2 6270 cm (hojas) y 148 cm (raiacutez) En la Tabla 8

se presentan los resultados del Tratamiento 1 para cada planta

de beneficio

En la Tabla 8 se observa que las concentraciones As del

efluente de la Planta de Beneficio 1 es superior en 04 mgL-1

del liacutemite maacuteximo permisible por lo que al segundo diacutea de

tratamiento ya se alcanzan valores bajo el liacutemite que

corresponde al 610 de remocioacuten del metaloide

000

003

006

009

012

015

018

021

024

027

030

0 1 2 3 4 5 6 7 8 9

Con

cen

trac

ioacuten

n d

e A

s en

solu

cioacuten

(mgL

-1)

Diacuteas de tratamiento

Riacuteo Siete Riacuteo Chico Liacutemite maacuteximo permisible

Remocioacuten de Arseacutenico de Efluentes Liacutequidos de Plantas de Beneficio de Oro y Cuerpos Hiacutedricos de la Zona Minera de Ponce Enriacutequez por Rizofiltracioacuten con Pasto Azul (dactylis glomerata)

Tabla 8 Remocioacuten de As de muestras de efluente liacutequido de dos plantas de

beneficio empleando rizofiltracioacuten con pasto azul Planta de Beneficio 1 Planta de Beneficio 2

Diacutea de

tratamiento

Concentracioacuten As

en solucioacuten

(mgL-1)

Diacutea de

tratamiento

Concentracioacuten As

en solucioacuten

(mgL-1)

LMP(1) 010 LMP(1) 010

0 0140 0 0240

1 0113 1 0188

2 0055 3 0092

6 0043 8 0034

7 0030 13 0023 8 0024 14 0014

9 0011 15 0010

(1) Liacutemite Maacuteximo Permisible Anexo 1 Tabla 9 Liacutemites de Descarga a un Cuerpo de Agua Dulce TULSMA

Sin embargo se continuoacute con el proceso hasta alcanzar la

concentracioacuten miacutenima recomendada por la Organizacioacuten

Mundial de la Salud (10 ug L-1) valor que se lo alcanzoacute al

noveno diacutea de tratamiento con un porcentaje de remocioacuten del

921 y una mortalidad de las especies de pasto azul del 80

Por otro lado para la Planta de Beneficio 2 se partioacute de

concentracioacuten de As dos veces superior al liacutemite maacuteximo

permisible de 010 mgL-1 para el tercer diacutea de tratamiento ya

se obtuvieron concentraciones bajo el liacutemite que corresponden

al 63 de remocioacuten al igual que el tratamiento aplicado al

efluente de la planta de beneficio 1 se continuoacute con el mismo

hasta alcanzar una concentracioacuten de 001 mgL-1 de As

presente en la muestra de estudio este valor se obtuvo al

deacutecimo quinto diacutea lo que representa el 96 de remocioacuten con

un porcentaje de mortandad del 80

Al igual que con las muestras de agua de los cuerpos hiacutedricos

se realizoacute otro ensayo para los efluentes de plantas de

beneficio en el que se varioacute el tiempo de crecimiento de las

especies de pasto azul de 4 a 5 meses y se mantuvo el volumen

de 5000 mL de muestra cuyos resultados se presentan en las

Figuras 5 y 6

Para la Planta de Beneficio 1 se redujo el nuacutemero de especies

de 15 a 10 plantas de pasto azul con dimensiones promedio de

183 cm de raiacutez y 649 cm de hojas Bajo estos paraacutemetros se

alcanzoacute al primer diacutea de tratamiento una concentracioacuten de As

de 0076 mgL-1 valor inferior al liacutemite maacuteximo permisible y

para el octavo diacutea se alcanzoacute el 936 de remocioacuten con un

600 de mortalidad valores que se presentan en la Figura 5

Figura 5 Remocioacuten de As de efluentes liacutequidos de Planta de Beneficio 1 en funcioacuten del nuacutemero de plantas de pasto azul

Figura 6 Remocioacuten de As de efluentes liacutequidos de Planta de Beneficio 2 (PB2) variando dimensiones de planta y tiempo de crecimiento

De la Figura 5 se puede determinar que al trabajar con un

menor nuacutemero de especies se presenta la misma tendencia que

al emplear 15 plantas de pasto azul esto se debe a que el

sistema radicular de las especies del segundo tratamiento se

encontraba maacutes desarrollado lo que favorecioacute en el proceso de

absorcioacuten de As ya que al tener un xilema maacutes desarrollado

aumenta la capacidad hiperacumuladora de metales por las

plantas de acuerdo a lo sentildealado por Rascio amp Navari-Izzo

(2011)

Para la Planta de Beneficio 2 se consideroacute solo al tiempo de

crecimiento de las especies como paraacutemetro de variacioacuten en

este tratamiento se empleoacute 15 especies de pasto azul de 5

meses cuyas dimensiones promedio fueron de 127 cm de raiacutez

y 552 cm de hojas bajo estas condiciones al deacutecimo cuarto

diacutea se llegoacute a una concentracioacuten de 0019 mgL-1 que

representa el 92 de remocioacuten de As Estos resultados fueron

graficados en la Figura 6 conjuntamente con los datos del

Tratamiento 1 y se puede evidenciar que no existe una

variacioacuten significativa entre ellos a pesar de que el sistema

radicular de las especies del Tratamiento 2 eran inferiores sin

embargo permanecieron un mayor tiempo en contacto con

solucioacuten nutritiva

353 Variacioacuten de crecimiento de raiacutez y hojas de especies

pasto azul empleado en rizofiltracioacuten

A fin de determinar coacutemo afecta la absorcioacuten de As en el

crecimiento de las plantas empleadas en la rizofiltracioacuten se

procedioacute a medir la raiacutez y hojas antes y despueacutes del

tratamiento Los resultados se presentan en la Tabla 9

Tabla 9 Dimensiones de raiacutez y hojas de pasto azul

Muestra Parte Dimensiones (cm) Diacuteas

tratamiento

de

remocioacuten As Inicial Final

Riacuteo Siete Hojas 5327 5435

15 9715 Raiacutez 1147 1021

Riacuteo Chico Hojas 6260 6543

8 9740 Raiacutez 1273 1527

Planta de

Beneficio 1

Hojas 6547 6778 9 9214

Raiacutez 1213 1219

Planta de

Beneficio 2

Hojas 6270 6520 15 9600

Raiacutez 1480 880

000

002

004

006

008

010

012

014

0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10

Con

cen

trac

ioacuten

de

As

en s

olu

cioacuten

(mgL

-1)

Diacutea de Tratamiento

Rizofiltracioacuten 15 plantas 5 L Rizofiltracioacuten 10 plantas 5 LLiacutemite maacuteximo permisible

000

003

006

009

012

015

018

021

024

027

0 2 4 6 8 10 12 14 16

Con

cen

trac

ioacuten

n d

e A

s en

solu

cioacuten

(mgL

-1)

Diacuteas de tratamiento

Tratamiento 1_PB2 Tratamiento 2_PB2

Liacutemite maacuteximo permisible

Remocioacuten de Arseacutenico de Efluentes Liacutequidos de Plantas de Beneficio de Oro y Cuerpos Hiacutedricos de la Zona Minera de Ponce Enriacutequez por Rizofiltracioacuten con Pasto Azul (dactylis glomerata)

De los datos presentados se observa que a un mayor tiempo

de retencioacuten el sistema radicular decrece debido a que se ve

debilitado por el contacto con la solucioacuten sin embargo en los

tratamientos que duraron la mitad del tiempo de retencioacuten se

tiene un crecimiento de la raiacutez de las plantas empleadas esto

puede deberse a que hasta ese tiempo la planta asimila al As

como fosfato que es utilizado como nutriente es decir

estimuloacute la produccioacuten de biomasa de raiacuteces manteniendo

concordancia con lo descrito por Vaacutesquez et al (2009) en su

ensayo con plantas de soja en soluciones de arseniato

Ademaacutes se observa que las dimensiones de las hojas de las

especies incrementa esto debido a que el As no afectoacute el

crecimiento de la planta ya que las concentraciones a las que

fueron expuestas son bajas entre 012 y 027 mgL-1

manteniendo concordancia con lo descrito por Machlis (1945)

quien que sentildeala que concentraciones de As de hasta 05 a

06 mgL-1 no suprimen el crecimiento de las plantas

354 Anaacutelisis de As en raiacutez y hojas de plantas de pasto azul

empleado en rizofiltracioacuten

A fin de determinar la cantidad de As retenido por las especies

de pasto azul que fueron empleadas en los diferentes

tratamientos de rizofiltracioacuten se procedioacute a tomar una muestra

de 3 plantas representativas con la raiacutez maacutes abundante y un

promedio de longitud de 13 cm las cuales fueron sometidas a

una disgregacioacuten aacutecida conforme al numeral 233 y

posteriormente se analizoacute la concentracioacuten de As tanto en raiacutez

como hojas mediante ICP-OES

Dushenkov et al (1995) y Del Toro et al (2013) en sus

estudios sentildealaron que la mayoriacutea de las plantas retienen gran

parte de la carga de plomo y As respectivamente en la raiacutez y

una pequentildea fraccioacuten se transporta preferentemente a las hojas

donde es secuestrada y acumulada en la vacuola celular esto

corrobora los datos presentados en la Tabla 10 en los cuales

se puede observar que en promedio maacutes del 768 del

metaloide de intereacutes se retuvo en el sistema radicular y hasta

un 231 en las hojas debido a que el As se inmovilizo en el

sistema radicular de la planta

Por otro lado tambieacuten se analizoacute una muestra de plantas que

no se sometieron a tratamiento de rizofiltracioacuten cuyos

resultados sirvieron para compararlos con las especies

aplicadas en las muestras de agua de los riacuteos asiacute como en las

descargas liacutequidas de las Plantas de Beneficio obteniendo que

los valores maacuteximos superan 10 y 15 veces al valor obtenido

en el blanco ademaacutes las plantas que estuvieron expuestas a las

mayores concentraciones de As (0240 y 0270 mgL-1)

presentaron los valores maacutes altos es decir la absorcioacuten de As

fue directamente proporcional a la concentracioacuten inicial del

metaloide

Tabla 10 Concentracioacuten de As en raiacutez y hojas de pasto azul empleadas en

rizofiltracioacuten

MUESTRA As (mgg-1) As

Raiacutez Hojas Raiacutez Hojas

BLANCO 0109 0019 852 148 RIO CHICO 1069 0360 748 252

RIO SIETE 0220 0082 728 272

PLANTA DE BENEFICIO 1 1624 0248 868 132 PLANTA DE BENEFICIO 2 0127 0047 731 269

Tabla 11 Anaacutelisis de Varianza de resultados de absorcioacuten de As con

diferentes tipos de muestras FV SC gl CM F p

Modelo 006 7 001 185 01 Muestra de tratamiento 006 7 001 185 01

Error 026 59 0 Total 031 66

SC=Suma de cuadrados F=valor estadiacutestico de distribucioacuten de Snedecor

p=valor estadiacutestico para aceptar o rechazar una hipoacutetesis

gL=grados de libertad CM=Media cuadraacutetica

Por otra parte la mayor acumulacioacuten de As en la raiacutez puede

deberse a factores internos de tolerancia de la planta como los

exudados radiculares que estaacuten formados por aacutecidos orgaacutenicos

que permiten la tolerancia de metales en el sistema radical que

pueden influenciar de manera directa en la solubilidad de

elementos ya sean esenciales o no a traveacutes de la acidificacioacuten

quelacioacuten precipitacioacuten y procesos de oacutexidondashreduccioacuten en la

rizoacutesfera y de forma indirecta mediante efectos en la actividad

microbiana en las propiedades fiacutesicas de la rizoacutesfera y en la

dinaacutemica de crecimiento de la raiacutez esto de acuerdo a lo

sentildealado por Gonzales y Zapata (2008) y lo verificado por

Dushenkov et al (1995) en su estudio empleando pasto para

remover plomo

36 Anaacutelisis estadiacutesticos de resultados de tratamiento de

rizofiltracioacuten

Los datos obtenidos referentes a la absorcioacuten de As de las 4

muestras empleadas en el estudio fueron analizados por el

meacutetodo ANOVA utilizando el sistema INFOSTATL a fin de

determinar si existe varianza significativa o no entre los

resultados de absorcioacuten de As de muestras de agua de 2 riacuteos y

2 efluentes de plantas de beneficio de la zona minera de

Camilo Ponce Enriacutequez hasta alcanzar valores inferiores al

liacutemite maacuteximo permisible cuyos resultados se presentan en la

siguiente Tabla

De las Tablas 11 y 12 se determina que el valor obtenido de p

es mayor que el 50 lo que significa que los resultados no

son significativamente diferentes entre siacute ya que se encuentran

dentro del mismo rango por lo que el tratamiento de

rizofiltracioacuten para muestras de agua que se encuentran sobre

los liacutemites maacuteximos permisibles establecidos por la normativa

ambiental son aplicables tanto para agua de cuerpos hiacutedricos

asiacute como para efluentes liacutequidos de plantas de beneficio

Ademaacutes todos los resultados presentan medias similares por

lo que se ubican en un mismo rango reforzando la hipoacutetesis

de que el tratamiento es aplicable a diferentes muestras de

agua

Tabla 12 Test de Tukey 5

Muestra de Tratamiento Medias n EE Rango

Rio Siete A 003 12 002 A

Rio Siete B 004 6 003 A

PLANTA DE BENEFICIO 1 A 006 8 002 A PLANTA DE BENEFICIO 1 B 006 7 002 A

PLANTA DE BENEFICIO 2 B 006 11 002 A

PLANTA DE BENEFICIO 2 A 007 10 002 A Rio Chico A 011 7 002 A

Rio Chico B 013 6 003 A

n=nuacutemero de muestras EE=error estaacutendar

Remocioacuten de Arseacutenico de Efluentes Liacutequidos de Plantas de Beneficio de Oro y Cuerpos Hiacutedricos de la Zona Minera de Ponce Enriacutequez por Rizofiltracioacuten con Pasto Azul (dactylis glomerata)

37 Anaacutelisis de resultados de implementacioacuten de ensayo a

escala piloto y propuesta de humedal para depuracioacuten

de efluentes liacutequidos

A fin de que el proceso de estudio sea aplicable como una

alternativa de tratamiento de efluentes liacutequidos de la industria

minera se consideroacute su aplicacioacuten en humedales artificiales

con pasto azul Para este proceso se emplearon 15 plantas en

cada humedal con 6 meses de crecimiento y dimensiones

promedio de 284 cm (raiacutez) y 660 cm (hojas) en el primer

humedal y 257 cm (raiacutez) y 594 cm (hojas) para el segundo

humedal las mismas que previamente se desarrollaron de

manera hidropoacutenica y fueron trasplantadas a los humedales

donde se adaptaron por 5 diacuteas (Seccioacuten 24)

Considerando que en los resultados de seccioacuten 36 se observa

que al segundo diacutea de tratamiento ya se obtienen valores de As

bajo el liacutemite maacuteximo permisible establecido en la normativa

ambiental para este estudio se consideroacute un tiempo de

retencioacuten de 48 horas previo a la descarga del efluente liacutequido

cuyos resultados se presentan en la Tabla 13

De los resultados se puede establecer que a las 48 horas se

logra obtener concentraciones de As bajo el liacutemite maacuteximo

permisible establecido por la normativa ambiental de

01 mgL-1 lo que corresponde al 98 y 95 de remocioacuten

del metaloide de los efluentes de las plantas de beneficio 1 y

2 respectivamente conforme se observoacute en los numerales

anteriores eacuteste porcentaje de remocioacuten se lo alcanza al seacuteptimo

o deacutecimo quinto diacutea de tratamiento sin embargo al combinar

la capacidad de absorcioacuten de As del pasto azul con el sustrato

empleado permiten incrementar la eficiencia del tratamiento

en un menor tiempo de aplicacioacuten

Otte amp Jacob (2006) sentildealan que existe una eficiencia del 65

para la remocioacuten de As empleando humedales artificiales

valor que confirma los datos obtenidos en la Tabla 13 Ademaacutes

se puede verificar que a menor concentracioacuten inicial se obtiene

una mayor remocioacuten del metaloide con una mortalidad del

10 debido a la capacidad de adaptacioacuten del pasto azul por

tanto pueden ser empleadas en varios procesos de

remediacioacuten sin embargo deberaacuten ser puestas en contacto con

solucioacuten nutritiva a fin de que las mismas se regeneren

Por otra parte con estos resultados se realizoacute la propuesta de

disentildeo de un humedal artificial para el tratamiento de efluentes

liacutequidos de plantas de beneficio a fin de disminuir la

concentracioacuten de As hasta niveles bajo el liacutemite maacuteximo

permisible para descargas liacutequidas a cuerpos hiacutedricos

Se considera un humedal artificial de flujo subsuperficial

vertical con comportamiento de un reactor de flujo ideal en

pistoacuten y modelo cineacutetico de remocioacuten de As de primer orden

(Culqui 2015)

Tabla 13 Remocioacuten de As en humedales artificiales con pasto azul

Tipo de muestra As (mgL-1) Remocioacuten

de As Inicial Final

Planta de Beneficio 1 014 0005 980

Planta de Beneficio 2 024 0013 950

(1) Liacutemite Maacuteximo Permisible Anexo 1 Tabla 9 Liacutemites de Descarga a un Cuerpo de Agua Dulce TULSMA

Tabla 14 Dimensionamiento de un humedal artificial Paraacutemetro Descripcioacuten Unidad Valor

Consideraciones

H(1) Altura Humedal m 060

Q Caudal entrada Ldiacutea-1 288000 Co Concentracioacuten Inicial As mgL-1 024

Cf Concentracioacuten Final de As mgL-1 0015

k Constante cineacutetica diacutea-1 -138 Ɛ(2) Porosidad del material 038

Dimensiones

As Aacuterea superficial total m2 2526

W Ancho m 410 L Largo m 616

t Tiempo de retencioacuten hidraacuteulico diacutea 2

n Nuacutemero de celdas 2

(1) Luna amp Castantildeeda 2014 (2) Saacutenchez 2010

Las dimensiones del humedal propuesto para el tratamiento se

presentan en la Tabla 14 donde se consideroacute una planta de

beneficio de pequentildea mineriacutea que descarga 010 Lseg-1 que

corresponderiacutea al caudal miacutenimo de entrada al humedal con

estos datos se establecioacute que se requiere un aacuterea superficial de

2526 m2 con dimensiones de 410 m de ancho 616 m de

largo y 060 m de profundidad Con un tiempo de retencioacuten de

2 diacuteas para alcanzar la remocioacuten de As hasta valores bajo la

norma ambiental aplicable

Para tratar mayores caudales de efluentes en los humedales

artificiales se deberiacutean emplear aacutereas maacutes extensas mayor

tiempo de retencioacuten y mayor nuacutemero de plantas por ellos se

podriacutean establecer varios humedales en paralelo

4 CONCLUSIONES

Para la ejecucioacuten del presente estudio se contemplaron los tres

principales distritos mineros de pequentildea mineriacutea del Ecuador

determinando que los cuerpos hiacutedricos de Camilo Ponce

Enriacutequez en promedio superaban 20 veces el liacutemite maacuteximo

permisible de As establecido en la Tabla 2 Criterio de Calidad

Admisible para la preservacioacuten de la vida acuaacutetica y silvestre

en agua dulce marinas y de estuario del Anexo del Texto

Unificado de Legislacioacuten Secundaria del Ministerio del

Ambiente las altas concentraciones de As puede deberse a la

geologiacutea de la zona asiacute como a las ineficientes teacutecnicas de

explotacioacuten y procesamiento del mineral por parte de los

mineros artesanales y pequentildeos mineros

Las plantas que presentan mejores caracteriacutesticas para la

absorcioacuten de As en solucioacuten son el jacinto de agua pasto azul

y helecho acuaacutetico miniatura De estas el pasto azul presentoacute

el 96 de remocioacuten de As con un 473 de mortalidad y 28

de marchitamiento para soluciones con una concentracioacuten de

0154 mgL-1 del metaloide en referencia por lo que se

seleccionoacute esta especie como la maacutes resistente para los

tratamientos de rizofiltracioacuten

El tratamiento de rizofiltracioacuten con pasto azul aplicado a

muestras de agua tanto de cuerpos hiacutedricos como efluentes

liacutequidos de plantas de beneficio de la zona minera de Camilo

Ponce Enriacutequez que presentaban concentraciones de As entre

0120 y 0270 mgL-1 permite obtener maacutes del 90 de

remocioacuten de As llegando a concentraciones inferiores al

liacutemite maacuteximo permisible tanto el establecido por la normativa

ambiental ecuatoriana asiacute como por la Organizacioacuten Mundial

Remocioacuten de Arseacutenico de Efluentes Liacutequidos de Plantas de Beneficio de Oro y Cuerpos Hiacutedricos de la Zona Minera de Ponce Enriacutequez por Rizofiltracioacuten con Pasto Azul (dactylis glomerata)

de la Salud por lo que se puede establecer que el tratamiento

de rizofiltracioacuten es aplicable a muestras reales que contienen

varios metales disueltos con resultados similares a los

alcanzados empleando soluciones sinteacuteticas de un metal en

especiacutefico es decir que los otros metales no inhibieron la

capacidad del pasto azul para absorber As

Las plantas de pasto azul con mayores dimensiones de su

sistema radicular presentan los porcentajes de remocioacuten de As

superiores como se evidencia en las muestras del riacuteo Chico y

Planta de Beneficio 2 de 974 y 96 respectivamente es

decir la remocioacuten del contaminante incrementa con el tamantildeo

de la raiacutez

Las plantas de pasto azul empleadas en el tratamiento de

rizofiltracioacuten presentaron un incremento de longitud de raiacuteces

y hojas de 219 cm en promedio lo que indica que las

concentraciones de As a las que estuvieron expuestas no

inhibieron el desarrollo de las mismas por lo que una vez

finalizado el tratamiento eacutestas pueden ser regeneradas en

contacto con solucioacuten nutritiva

Maacutes del 70 del As contenido en las especies usadas para el

tratamiento de rizofiltracioacuten se acula en el sistema radicular

esto debido tanto a la retencioacuten del metaloide en la pared

celular como a la complejacioacuten de las fitoquelatinas en la

vacuola celular de la planta

El tratamiento de rizofiltracioacuten en un humedal artificial

incrementa su eficiencia debido a la interaccioacuten que existe

entre las raiacuteces y el sustrato lo que permite que al segundo diacutea

se alcance el 95 de remocioacuten de As del efluente liacutequido

industrial llegando a valores inferiores al liacutemite maacuteximo

permisible de 01 mgL-1 establecido por la normativa

ambiental ecuatoriana concentracioacuten a la cual es permitida su

descarga a un cuerpo hiacutedrico

Un humedal artificial de flujo subsuperficial vertical con

plantas enraizadas de un aacuterea superficial de 2526 m2 (410 m

de ancho por 616 m de largo) con un tiempo de retencioacuten de

2 diacuteas puede ser empleado para tratar efluentes liacutequidos

industriales con porcentajes de remocioacuten de As superiores al

95 para una capacidad de 2880 Ldiacutea-1

Una vez finalizado el tratamiento de rizofiltracioacuten las plantas

empleadas para la absorcioacuten de metales deben ser gestionadas

como un desecho peligroso debido a su alta concentracioacuten de

metales por lo que se recomienda que las mismas sean

incineradas previo a su disposicioacuten final ya sean en celdas de

seguridad o reutilizarlas como fuente para recuperar los

metales

5 AGRADECIMIENTO

Los autores muestran su agradecimiento al Departamento de

Metalurgia Extractiva (DEMEX) de la Escuela Politeacutecnica

Nacional por el financiamiento de la presente investigacioacuten

mediante los fondos del proyecto PII-DEMEX-001-2019

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Remocioacuten de Arseacutenico de Efluentes Liacutequidos de Plantas de Beneficio de Oro y Cuerpos Hiacutedricos de la Zona Minera de Ponce Enriacutequez por Rizofiltracioacuten con Pasto Azul (dactylis glomerata)

afectacioacuten ambiental se concentre en los cuerpos hiacutedricos de

las aacutereas cercanas a la explotacioacuten minera (Jimeacutenez et al

2016 Tarras et al 2001 Cumbal et al 2014) Esta situacioacuten

representa un riesgo potencial para el ambiente los habitantes

de estas zonas asiacute como a la agricultura y acuacultura

(PRODEMINCA 1998)

En este contexto los metales pesados presentes tanto en los

efluentes liacutequidos como en los relaves generados en los

procesos de extraccioacuten auriacutefera constituyen un riesgo latente

debido a su peligrosidad ya que al no ser ni quiacutemica ni

bioloacutegicamente degradables pueden permanecer cientos de

antildeos en el ambiente y provocar la degradacioacuten de los cuerpos

hiacutedricos (Tarras et al 2001)

La preocupacioacuten que ha generado este tema ha llevado a que

se realice monitoreos de la calidad de agua de los tres

principales distritos mineros del Ecuador realizados por

PRODEMINCA (1998) Appleton et al (2001) asiacute como

INIGEMM (2014) En estos estudios se determinoacute que la

concentracioacuten de As en los riacuteos de la zona de Camilo Ponce

Enriacutequez es superior a la de los ubicados en Zaruma Portovelo

y Nambija conforme se detalla en la Tabla 1

Se ha determinado que los cuerpos hiacutedricos del distrito minero

de Camilo Ponce Enriacutequez presentan valores promedio de As

20 veces superiores a los liacutemites maacuteximos permisibles

establecidos por la normativa ambiental para la preservacioacuten

de la vida acuaacutetica y silvestre en agua dulce (005 mg L-1) y

64 veces maacutes que la concentracioacuten miacutenima recomendada por

la Organizacioacuten Mundial de la Salud (10 ug L-1)

Tabla 1 Resultados del monitoreo de la concentracioacuten de As en los cuerpos hiacutedricos de los 3 principales distritos mineros

Distrito minero Zona de muestreo As (mgL-1)

Camilo Ponce

Enriacutequez

Riacuteo Chico-Riacuteo Gala(3) 282

Quebrada Jaboacuten(2) 0893

Riacuteo Siete(3) 0785

Riacuteo Chico(2) 0051

Riacuteo Siete (valor maacuteximo)(1) 047

Quebrada Cantildea Quemada(3) 0044

Riacuteo Guanache(2) 0036

Ex Camp Militar Saraguro(2)

0027

Riacuteo Tenguel(2) 0003

Zaruma -

Portovelo

Riacuteo Calera(3) 1983

Riacuteo Calera AJ Amarillo(2) 052

Riacuteo Amarillo AJ Pindo(2) 0343

Riacuteo Amarillo(2) 0302

Riacuteo Pindo(3) 0051

Riacuteo Amarillo(3) 0001

Riacuteo Calera y Amarillo(1) ND

Nambija

Quebrada Calixto(3) 0026 Quebrada Nambija(2) 0016

Quebrada Cambana(3) 0009

Quebrada Calixto(2) 0003 Riacuteo Nambija(3) 0003

Las Orquiacutedeas(2) 0002

Riacuteo Nambija(1) ND Quebrada Campanas(2) ND

Quebrada Cumay(2) ND

Liacutemite maacuteximo permisible As (mg L-1)(4) 005

Fuente (1) (Appleton et al 2001) (2) (INIGEMM 2014) (3) (PRODEMINCA 1998) (4) Liacutemite Maacuteximo Permisible Anexo 1 Tabla 2

Criterio de Calidad Admisible para la preservacioacuten de la vida acuaacutetica y silvestre en agua dulce marinas y de estuario TULSMA 2015 ND no se

ha determinado valor

Por este motivo es de vital importancia que los efluentes

liacutequidos generados en las plantas de beneficio antes de su

descarga a los cuerpos hiacutedricos cuenten con un tratamiento

previo ya que la exposicioacuten prolongada a eacuteste metaloide

puede causar alteraciones en el sistema nervioso y circulatorio

asiacute como en la piel pudiendo llegar a provocar

hidroarsenicismo croacutenico regional endeacutemico (HACRE)

enfermedad que se atribuye al consumo de agua con alto

contenido de As durante un largo tiempo e incluso provocar

caacutencer de piel pulmoacuten vejiga entre otros (Minaverry amp

Caacuteceres 2016 Salido et al 2003 OMS 2018 Vithanage et

al 2017)

Actualmente existen varios estudios sobre la aplicacioacuten de

teacutecnicas de remediacioacuten para la remocioacuten de As en agua entre

las cuales se consideran procesos fiacutesicos quiacutemicos como son

adsorcioacuten intercambio de iones precipitacioacutenndashcoagulacioacuten

filtracioacuten de membrana tambieacuten se contemplan procesos

bioloacutegicos como tratamientos con microorganismos o bio

filtracioacuten asiacute como la fitorremediacioacuten (Jang et al 2005

Boglione R et al 2019 Mondal et al 2006 McCutcheon amp

Joslashrgensen 2008)

La fitorremediacioacuten es una alternativa sustentable y de bajo

costo para la rehabilitacioacuten de ambientes afectados por

contaminantes naturales y antropogeacutenicos y es especialmente

uacutetil para el tratamiento de metales pesados (Delgadillo et al

2011 Gonzales 2014 Covarrubias amp Pentildea 2016 Tiwari

2019) ya que aprovecha la capacidad de especies vegetales

para extraer acumular inmovilizar y transformar los

contaminantes del agua (Rahman amp Hasegawa 2011) Las

plantas empleadas son capaces de retener altas

concentraciones de metales toacutexicos en sus raiacuteces brotes y

hojas (Tangahu et al 2011) por lo que se las ha definido

como un sistema de bombeo y filtracioacuten impulsado por energiacutea

solar que actuacutean como acumuladores que sobreviven a pesar

de concentrar contaminantes en sus tejidos eacutestos los

biodegradan o bio-transforman en formas inertes

(Cunningham et al 1993)

Existen especies vegetales que son maacutes eficaces para absorber

diferentes tipos de metales como el Pb Zn Cu Co Cr As y

varios radionucleiacutedos Los cambios maacutes importantes que se

aprecian en las plantas empleadas en estos tratamientos son

morfoloacutegicos y de deficiencia de crecimiento eacutestos dependen

del tipo de especie utilizada en el tratamiento (Raskin et al

1997 Yadav et al 2011 Ali et al 2013)

Las teacutecnicas de fitorremediacioacuten tienen varias ventajas ya que

las plantas pueden prosperar en ambientes altamente toacutexicos

debido a que requieren poco cuidado ademaacutes de generar gran

cantidad de biomasa rica en metales que una vez finalizado el

tratamiento pueden reciclarse pero tambieacuten se enfrentan a

desafiacuteos como la baja reproduccioacuten de las especies en medios

menos controlados y la concentracioacuten excesiva de metales

pesados que limita la remocioacuten de los mismos (McIntyre T

2003 Ali et al 2013)

Una de las teacutecnicas de fitorremediacioacuten maacutes aplicada en medio

acuaacutetico es la rizofiltracioacuten donde las raiacuteces absorben

concentran y precipitan los metales pesados presentes en aguas

Remocioacuten de Arseacutenico de Efluentes Liacutequidos de Plantas de Beneficio de Oro y Cuerpos Hiacutedricos de la Zona Minera de Ponce Enriacutequez por Rizofiltracioacuten con Pasto Azul (dactylis glomerata)

residuales este proceso incluye el transporte de contaminantes

metaacutelicos hacia la superficie de la raiacutez absorbente asiacute como la

absorcioacuten del metal a traveacutes de las membranas de las ceacutelulas

de la raiacutez hacia la biomasa siendo importante las interacciones

entre planta-agua a fin de controlar la recuperacioacuten de

contaminantes especiacuteficos de los cuerpos hiacutedricos

(Dushenkov et al 1995 Yadav et al 2011 Verma et al

2006)

Las plantas maacutes efectivas para este tipo de fitoremediacioacuten

son las especies terrestres que crecen en medios hidropoacutenicos

cuyas raiacuteces deben ser de raacutepido crecimiento con la capacidad

de eliminar metales toacutexicos durante largos periacuteodos de tiempo

de exposicioacuten (Raskyn et al 1997 Khilji amp Bareen 2008)

La rizofiltracioacuten presenta varias ventajas como depurar varios

metales tratar grandes voluacutemenes de efluentes menor

necesidad de productos quiacutemicos toacutexicos reduccioacuten del

volumen de residuos secundarios reciclaje y efectividad en el

cumplimiento de la normativa ambiental (Raskyn et al 1997

Dushenkov et al 1995 Padmavathiamma et al 2007 Yadav

et al 2011)

Ejemplos exitosos del uso de esta teacutecnica son los humedales

artificiales camas de cantildea y sistemas de planta flotante para el

tratamiento de algunos tipos de aguas residuales en este caso

los metales se acumulan mayoritariamente en las raiacuteces de las

plantas empleadas Trabajos realizados por Lintildeaacuten (2016)

Flores (2017) y Barreto (2019) lograron obtener valores de

remocioacuten de As en soluciones sinteacuteticas de 22 50 98

96 empleando especies como la Quinuilla (Chenopodium

aacutelbum) cebolla Allium cepa Jacinto de agua (Eichhornia

crassipes) Pasto Azul (Dactylis glomerata) respectivamente

Hasta ahora en el Ecuador no se evidencia la aplicacioacuten de

sistemas de remediacioacuten de aguas contaminadas por As en

zonas mineras La presente investigacioacuten tiene como objetivo

principal evaluar la capacidad de remocioacuten de este metal de

efluentes liacutequidos de plantas de beneficio y de cuerpos hiacutedricos

ubicados en el distrito Minero de Camilo Ponce Enriacutequez

En este trabajo se emplearaacute la rizofiltracioacuten con pasto azul

(Dactylis glomerata) para absorber acumular estabilizar o

reducir el As presente en efluentes liacutequidos de dos plantas de

beneficio y dos cuerpos hiacutedricos del distrito minero en

referencia El tratamiento se aplicaraacute hasta alcanzar niveles de

As inferiores a los liacutemites maacuteximos permisibles establecidos

en la normativa ambiental ecuatoriana tanto a escala

laboratorio como piloto A partir de los resultados obtenidos

se espera motivar la aplicacioacuten del proceso por parte de las

empresas mineras de la zona como un tratamiento no

convencional que mejorariacutea la gestioacuten ambiental de sus

actividades

2 METODOLOGIacuteA

21 Caracterizacioacuten de las muestras de estudio

211 Seleccioacuten de la zona de estudio

Con base en la informacioacuten existente sobre los monitoreos de

calidad de agua de los riacuteos en los principales distritos mineros

del sur de Ecuador realizadas por PRODEMINCA (1998)

Appleton et al (2001) asiacute como por el INIGEMM (2014) se

seleccionoacute como aacuterea de estudio el distrito de Camilo Ponce

Enriacutequez

En esta zona se identificaron dos cuerpos hiacutedricos (riacuteo Siete y

riacuteo Chico) que presentaban concentraciones elevadas de As

que son superiores a 005 mg L-1 liacutemite maacuteximo permisible

establecido en la normativa ambiental ecuatoriana Anexo 1

Tabla 2 (Ministerio del Ambiente 2015)

Ademaacutes se identificaron dos plantas de beneficio ubicadas en

la zona de influencia de los cuerpos hiacutedricos seleccionados

cuyos efluentes liacutequidos presentaron concentraciones de As

superiores a 01 mgL-1 que corresponde al liacutemite maacuteximo

permisible establecido en el Anexo 1 Tabla 9 (Ministerio del

Ambiente 2015)

212 Toma de muestras de efluentes liacutequidos y cuerpos

hiacutedricos del distrito minero Camilo Ponce Enriacutequez

Con la identificacioacuten de los cuerpos hiacutedricos y plantas de

beneficio ubicados en el distrito minero de Camilo Ponce

Enriacutequez se procedioacute con un muestreo puntual para lo cual se

empleoacute el meacutetodo establecido en la Norma Teacutecnica INEN

2176 (Instituto Ecuatoriano de Normalizacioacuten 2013)

Las muestras fueron transportadas en un cajoacuten refrigerado por

viacutea terrestre al laboratorio del Departamento de Metalurgia

Extractiva (DEMEX) donde se realizaron los respectivos

anaacutelisis para la caracterizacioacuten fiacutesico ndash quiacutemica a fin de

determinar las condiciones iniciales previo a la aplicacioacuten del

proceso de rizofiltracioacuten como alternativa de depuracioacuten

213 Caracterizacioacuten de las muestras bajo estudio

La caracterizacioacuten quiacutemica de las muestras se realiza

empleando un equipo de absorcioacuten atoacutemica (AAnalyst 300

PERKIN ELMER) y un ICP-OES (PERKIN ELMER Optima

8000) para determinar la concentracioacuten inicial de Cu Cd Pb

Fe Zn Hg y principalmente As Ademaacutes se midioacute el pH de

las muestras y los soacutelidos suspendidos presentes

Se consideraron estos paraacutemetros ya que los mismos cuentan

con liacutemites maacuteximos permisibles establecidos en la normativa

ambiental vigente y que tienen incidencia en los criterios de

calidad para tratamiento de aguas afectadas por actividades

mineras (Quishpe 2010)

22 Desarrollo de cultivos hidropoacutenicos de plantas para

rizofiltracioacuten

221 Seleccioacuten de especie con mayor capacidad de

absorcioacuten de As en medio acuoso

Para la seleccioacuten de la especie con mayor porcentaje de

absorcioacuten de As se realizaron ensayos con plantas de jacinto

de agua (eichhornia crassipes) pasto azul (poa pratensis) y

helecho acuaacutetico miniatura (azolla) las cuales se desarrollaron

en cultivos hidropoacutenicos (Barreto 2019)

Remocioacuten de Arseacutenico de Efluentes Liacutequidos de Plantas de Beneficio de Oro y Cuerpos Hiacutedricos de la Zona Minera de Ponce Enriacutequez por Rizofiltracioacuten con Pasto Azul (dactylis glomerata)

Las especies seleccionadas fueron separadas en tres grupos de

10 plantas y cada una de ellas se colocoacute en contacto con

400 mL de soluciones sinteacuteticas de As de 0154 mgL-1

0375 mgL-1 y 0847 mgL-1 durante 15 diacuteas Durante este

periodo se llevoacute un registro del pH de las soluciones asiacute como

del marchitamiento mortalidad y coloracioacuten de las plantas

Los diacuteas 1 2 3 6 7 8 9 y 15 del ensayo se tomaron aliacutecuotas

de 10 mL para el anaacutelisis de la concentracioacuten de As en el ICP-

OES Se determinoacute el porcentaje de absorcioacuten del metal

pesado por las plantas con base en la diferencia entre la

concentracioacuten inicial y final de este metaloide en solucioacuten

ademaacutes se consideroacute la peacuterdida de volumen de muestra debido

a la evaporacioacuten y absorcioacuten propia de las plantas

En funcioacuten de los resultados obtenidos se seleccionoacute la especie

que presentoacute el mayor porcentaje de absorcioacuten de As en

soluciones sinteacuteticas para su posterior aplicacioacuten en ensayos

de depuracioacuten de aguas de riacuteo y efluentes de la zona de Camilo

Ponce Enriacutequez

222 Desarrollo de cultivos hidropoacutenicos de pasto azul

(dactylis glomerata)

Se implementaron semilleros hidropoacutenicos empleando como

sustrato espuma de poliuretano en cubos de 25 cm por arista

Cada cubo se humedecioacute con agua destilada previo a colocar

3 a 4 semillas de pasto azul (dactylis glomerata) con el fin de

facilitar la germinacioacuten (Quishpe 2010)

Los cubos con las semillas se colocaron en recipientes

(semilleros) que se cubrieron con agua destilada y se dejaron

reposar por 24 horas para que el sustrato capte toda la

humedad necesaria para favorecer la germinacioacuten

Transcurrido ese periodo se evacuoacute el exceso de agua para que

prosiga el proceso Durante esta etapa se realizoacute una

depuracioacuten de las plaacutentulas que no germinaron

Las primeras plaacutentulas germinadas fueron trasladadas a

bandejas con solucioacuten nutritiva que provee los nutrientes

necesarios para su adecuado desarrollo (INTAGRI 2017)

Esta solucioacuten fue elaborada a partir de macronutrientes como

fosfato di aacutecido de potasio (KH2PO4) nitrato de potasio

(KNO3) nitrato de calcio tetra hidratado [Ca(NO3)24H2O]

sulfato de magnesio hepta hidratado (MgSO47H2O) y

micronutrientes como EDTA de hierro (Fe) sulfato

manganoso hidratado (MnSO4 H2O) aacutecido boacuterico (H3BO3)

sulfato cuacuteprico penta hidratado (CuSO45H2O) molibdato de

amonio tetra hidratado [(NH4)6Mo7O24H2O] sulfato de zinc

hepta hidratado (ZnSO47H2O) cuya composicioacuten se presenta

en la Ficha Teacutecnica III Las plaacutentulas permanecen en las

bandejas hasta alcanzar una longitud de 10 a 12 cm

Las plantas ya desarrolladas fueron trasladas a un sistema

hidropoacutenico vertical NFT (Nutrient Film Technique) que estaacute

compuesto de a) Canales para cultivo hidropoacutenico (tubos PVC

de 3 m de largo y 01 m de diaacutemetro) b) Estructura de madera

(1 m de base 24 de largo y 21 de alto) y c) Sistema de

bombeo y alimentacioacuten (red de distribucioacuten bomba y tanque

de alimentacioacuten) conforme a la Figura 1 Ademaacutes en los

canales para el cultivo hidropoacutenico las plantas se colocaron

con una separacioacuten de 5 cm entre cada una de ellas

Figura 1 Esquema sistema hidropoacutenico vertical NFT

(Nutrient Film Technique)

Durante el proceso de crecimiento de las plantas de pasto azul

se controloacute su longitud la presencia de plagas y la mortalidad

de las mismas Las plantas permanecieron de 4 a 5 meses

dentro de este sistema hasta que presentaron longitudes

promedio de 60 cm en hojas y 12 cm en raiacutez previo a ser

empleadas en el tratamiento de rizofiltracioacuten de las muestras

de efluentes y cuerpos hiacutedricos (Barreto 2019)

23 Remocioacuten de As de efluentes liacutequidos de plantas de

beneficio y cuerpos hiacutedricos por rizofiltracioacuten con pasto

azul a escala laboratorio

Las muestras de efluentes liacutequidos de dos plantas de beneficio

y dos cuerpos hiacutedricos del distrito minero de Camilo Ponce

Enriacutequez que presentaron concentraciones de As superiores a

los liacutemites maacuteximos permisibles establecidos en la normativa

ambiental se trataron por rizofiltracioacuten con pasto azul

desarrollado por medios hidropoacutenicos (4 y 5 meses)

Para la depuracioacuten de los efluentes y el agua de los cuerpos

hiacutedricos a escala laboratorio se emplearon en cada caso

5000 mL de muestra que se colocaron en contacto con plantas

de pasto azul de 4 meses de crecimiento a las cuales se les

midioacute previamente la longitud de la raiacutez y las hojas conforme

a la Figura 2

Durante el tratamiento con una periodicidad de 48 horas se

tomaron aliacutecuotas de 30 mL de muestras de efluentes y aguas

para determinar la concentracioacuten de As remanente en las

soluciones empleando ICP-OES

El proceso de depuracioacuten de As por rizofiltracioacuten para los

efluentes de las plantas de beneficio de oro finalizoacute una vez

que la solucioacuten residual alcanzoacute concentraciones menores a

01 mgL-1 y 005 mg L-1 para las aguas de los cuerpos

hiacutedricos En ambos casos los porcentajes de remocioacuten del

metaloide fueron superiores al 90

Se realizoacute otro ensayo de rizofiltracioacuten para ello se incrementoacute

el tiempo de crecimiento de las especies de pasto azul de 4 a 5

meses a fin de determinar coacutemo variacutea este paraacutemetro en la

absorcioacuten de As y se procedioacute con el tratamiento antes

detallado Para este tratamiento se redujo el nuacutemero de plantas

a 10 especies y se empleoacute 3000 mL de muestra de agua para

cuerpos hiacutedricos y 5000 mL para efluentes liacutequidos de plantas

de beneficio

Remocioacuten de Arseacutenico de Efluentes Liacutequidos de Plantas de Beneficio de Oro y Cuerpos Hiacutedricos de la Zona Minera de Ponce Enriacutequez por Rizofiltracioacuten con Pasto Azul (dactylis glomerata)

Figura 2 Tratamiento de rizofiltracioacuten con pasto azul (dactylis glomerata)

Durante todos los ensayos a escala laboratorio se determinaron

porcentajes de mortalidad marchitamiento y tamantildeo de hojas

con el fin de establecer el grado de afectacioacuten de la absorcioacuten

de As en el desarrollo de la planta y su eficiencia en el

tratamiento

Una vez finalizados los diferentes tratamientos por

rizofiltracioacuten con pasto azul se determinoacute la concentracioacuten de

As presente en las hojas y la raiacutez de las plantas empleadas

durante el proceso Con este fin las plantas se secaron a

temperatura ambiente por dos semanas y se llevaron

separadamente a disgregacioacuten con aacutecido niacutetrico (65) Las

soluciones obtenidas se llevaron a anaacutelisis de la concentracioacuten

de As en ICP-OES Esto con el fin de determinar en queacute

seccioacuten de la planta se alojaba la mayor cantidad del metaloide

Con todos los datos obtenidos se realizoacute un anaacutelisis estadiacutestico

del comportamiento de cada ensayo para ello se aplicaraacute el

meacutetodo de varianza global (ADEVA o ANOVA)

24 Remocioacuten de As de efluentes liacutequidos de plantas de

beneficio por rizofiltracioacuten con pasto azul a escala piloto

Para la aplicacioacuten del tratamiento de depuracioacuten por

rizofiltracioacuten a escala piloto se instaloacute un sistema de

humedales artificiales de 20 L por diacutea de capacidad El

esquema de la instalacioacuten piloto se ilustra en la Figura 3 y fue

desarrollado de acuerdo a lo sugerido por Guanoluisa (2012)

El sistema estuvo compuesto por una estructura metaacutelica de

acero al carbono recubierto con pintura anticorrosiva con una

pendiente de 007 m que conteniacutea 2 recipientes tipo caja de

polipropileno comercial con sustrato inerte (34 cm de altura)

Dicho sustrato tuvo una primera capa de 9 cm de grava (2 a

4 cm) seguido de 9 cm de grava (lt 2 cm) y finalmente 16 cm

de una mezcla de grava y piedra poacutemez (lt 2 cm)

El sustrato fue lavado y desinfectado previamente con una

solucioacuten de cloro y se dejoacute secar al ambiente durante 1 diacutea En

eacuteste se colocaron 15 plantas de pasto azul de 6 meses de

crecimiento hidropoacutenico Se registroacute la longitud de la raiacutez y

hojas se adicionoacute solucioacuten nutritiva la misma que fue

recirculada por 5 diacuteas En este periodo de tiempo las plantas se

acondicionaron para tratamiento posterior

Figura 3 Esquema de humedales artificiales con pasto azul

(Modificado de Guanoluisa 2012)

Para la depuracioacuten por rizofiltracioacuten se emplearon 5 L de

efluentes liacutequidos de planta de beneficio de oro La

caracterizacioacuten de cada muestra se realizoacute conforme al

numeral 213 La muestra se colocoacute en el tanque de

alimentacioacuten desde el cual se bombeoacute hacia el humedal

superior (humedal 1) una vez terminado el bombeo se dejoacute en

contacto con las plantas durante 24 horas posterior a ello se

descargoacute la solucioacuten al segundo humedal (humedal 2) en el

cual se tuvo un tiempo de retencioacuten de 24 horas

Al finalizar el tiempo de tratamiento de cada efluente se

tomaron muestras de 30 mL de las soluciones de salida del

humedal 2 para el respectivo anaacutelisis del contenido de As

residual por medio del equipo ICP-OES Con los resultados

obtenidos se estableceraacute el porcentaje de absorcioacuten del

metaloide y la eficiencia de depuracioacuten del proceso

3 RESULTADOS Y DISCUSIOacuteN

Con base en los resultados del monitoreo de cuerpos hiacutedricos

realizado en los tres distritos mineros del sur del Ecuador se

seleccionoacute como zona de estudio el distrito de Camilo Ponce

Enriacutequez ya que presentaba las mayores concentraciones de

As seguacuten los estudios mencionados en la Seccioacuten 211

Con estos antecedentes se identificaron a los riacuteos Siete y Chico

como los cuerpos hiacutedricos a emplear en el presente trabajo

pues ambos superaban en promedio 20 veces el liacutemite maacuteximo

permisible establecido en la Tabla 2 del Anexo del Texto

Unificado de Legislacioacuten Secundaria del Ministerio del

Ambiente conforme se presenta en la Tabla 2

Tabla 2 Resultados de monitoreo de calidad de agua en cuerpos hiacutedricos del

Distrito Minero de Camilo Ponce Enriacutequez

Cuerpo Hiacutedrico

Concentracioacuten de As (mgL-1)

PRODEMINCA

1998

INIGEMM

2014

Appleton et al

2001

Riacuteo Siete 0785 0893 047

Riacuteo Chico 282 0051 ---

LMP(1) 005

(1) Liacutemite Maacuteximo Permisible Anexo 1 Tabla 2 Criterio de Calidad

Admisible para la preservacioacuten de la vida acuaacutetica y silvestre en agua dulce marinas y de estuario TULSMA

Remocioacuten de Arseacutenico de Efluentes Liacutequidos de Plantas de Beneficio de Oro y Cuerpos Hiacutedricos de la Zona Minera de Ponce Enriacutequez por Rizofiltracioacuten con Pasto Azul (dactylis glomerata)

Adicionalmente para la seleccioacuten de la zona de estudio se

consideroacute la informacioacuten del Catastro Minero (ARCOM

2019) se determinoacute que en el distrito Camilo Ponce Enriacutequez

se ubican 25 concesiones mineras y 38 plantas de beneficio de

las cuales maacutes del 95 no estaacuten regularizados ambientalmente

para la ejecucioacuten de sus labores mineras por lo que estas no

cuentan con las medidas ambientales necesarias para cumplir

con los requerimientos establecidos por la Maacutexima Autoridad

Ambiental en la gestioacuten de sus descargas Esta situacioacuten

afecta a la calidad de los cuerpos hiacutedricos que se ubican cerca

de estas actividades los mismos que aguas abajo son utilizados

para consumo humano y riego

Por esta razoacuten se identificaron dos plantas de beneficio

ubicadas en la zona de influencia de los cuerpos hiacutedricos

seleccionados cuyos efluentes liacutequidos presentaron

concentraciones de As superiores a 01 mgL-1 que

corresponde al liacutemite maacuteximo permisible establecido en el

Anexo 1 Tabla 9 (Ministerio del Ambiente 2015)

31 Georreferenciacioacuten de las muestras empleadas

Una vez seleccionados los dos riacuteos y las dos plantas de

beneficio se georreferenciaron los puntos objeto de estudio

para lo que se tomaron las coordenadas de cada uno de ellos

en el sistema WGS 84 ndash 17 Sur que se detalla en la Tabla 3

Se debe sentildealar que existe una distancia aproximada de 6 Km

en liacutenea recta desde el punto de muestreo del cuerpo hiacutedrico y

la planta de beneficio que se ubica sobre el mismo es decir

que el efluente liacutequido con el que se trabajaraacute contribuye con

carga contaminante al cuerpo hiacutedrico de estudio por lo que es

importante la aplicacioacuten de sistemas de tratamiento previo a su

descarga

32 Caracterizacioacuten de las muestras de cuerpos hiacutedricos y

efluentes de plantas de beneficio de oro

Una vez identificados los puntos de estudio se procedioacute con

un muestreo puntual de agua en cada uno de ellos para lo cual

se siguioacute los lineamientos de la Norma Teacutecnica INEN 2176

(Seccioacuten 212) Las muestras fueron caracterizadas a fin de

determinar la concentracioacuten inicial de metales como Cu Cd

Pb Fe Zn Hg y As ademaacutes se midioacute el pH factor importante

al momento de la remocioacuten del metal pesado de intereacutes

durante el proceso de rizofiltracioacuten los resultados se presentan

en la Tabla 4

Las muestras de agua superficial tomadas en los dos cuerpos

hiacutedricos y las dos muestras de efluentes liacutequidos de plantas de

beneficio presentan valores de As sobre los liacutemites maacuteximos

permisibles establecidos en la normativa ambiental

ecuatoriana manteniendo concordancia con los datos

presentados en la Tabla 2 del presente documento

Tabla 3 Coordenadas de los cuatro puntos de muestreo

Muestra Nomenclatura Coordenadas WGS 84-17S

Norte Este

Riacuteo Siete RS 636474 9661446 Riacuteo Chico CH 644996 9668296

Planta de beneficio 1 PB1 642260 9657706

Planta de beneficio 2 PB2 651264 9665731

Tabla 4 Caracterizacioacuten de muestras de cuerpos hiacutedricos y plantas de

beneficio

Paraacutemetro

analizadoss

Muestra

Riacuteo

Siete(1)

Riacuteo

Chico(1)

Planta de

Beneficio 1(2)

Planta de

Beneficio 2(2)

pH 780 835 787 840

Metales

(mgL-1)

As 012 027 014 024

Cu 001 001 028 533 Fe 002 lt001 009 010

Pb 008 002 003 001

Zn 001 lt001 002 002 Cd lt001 lt001 001 lt001

Hg 00002 00003 00004 00001

(1) Liacutemite Maacuteximo Permisible Anexo 1 Tabla 2 TULSMA (2) Liacutemite Maacuteximo Permisible Anexo 1 Tabla 9 TULSMA

La concentracioacuten de As del riacuteo Chico supera 5 veces al liacutemite

maacuteximo permisible establecido por la Autoridad Ambiental

Nacional siendo eacuteste el valor maacutes alto de las 4 muestras

analizadas Esto puede deberse a que en su parte superior

recibe una considerable aporte de la contaminacioacuten de las

actividades mineras de la zona de San Gerardo conforme a lo

sentildealado por PRODEMINCA (1998) donde se destaca que en

las descargas de efluentes el principal elemento presente es el

As un ejemplo de ello es la planta de beneficio 2 cuya

concentracioacuten de As es 024 mgL-1 que representa maacutes del

doble del liacutemite permisible que corresponde a 01 mg L-1

afectando la capacidad de autodepuracioacuten del cuerpo hiacutedrico

esta actividad se desarrolla a 6 Km del punto de toma de

muestra del riacuteo en referencia

33 Seleccioacuten de especie con mayor capacidad de absorcioacuten

de As en medio acuoso

Para la seleccioacuten de la especie maacutes adecuada para la remocioacuten

de As a traveacutes de rizofiltracioacuten se partioacute de los resultados

previos obtenidos por Barreto (2019) en los cuales se

consideraron 16 especies iniciales entre terrestres y acuaacuteticas

las mismas que fueron puestas por 48 horas en contacto con

una solucioacuten sinteacutetica de 45 mgL-1 de As a fin de determinar

la que presentaba mayor remocioacuten de eacuteste metaloide

En funcioacuten de los resultados obtenidos por Barreto (2019) se

seleccionaron tres especies dos acuaacuteticas (jacinto de agua y

helecho acuaacutetico miniatura) y una terrestre (pasto azul) que

fueron desarrollados por medios hidropoacutenicos y puestas en

contacto con soluciones sinteacuteticas de As de concentraciones de

0154 mgL-1 0375 mgL-1 y 0847 mgL-1 por 15 diacuteas

obteniendo los siguientes resultados

Se determinoacute que el jacinto de agua remueve el mayor

porcentaje de As de soluciones sinteacuteticas obteniendo un valor

maacuteximo de 98 al estar en contacto con una solucioacuten sinteacutetica

de 0154 mgL-1 de As sin embargo su tasa de mortalidad y

marchitamiento fue 76 y 78 respectivamente en cambio el

pasto azul para la misma concentracioacuten de As removioacute el 96

del metaloide con una mortalidad del 437 y 28 de

marchitamiento por lo que esta especie tuvo la mejor

adaptabilidad ya que no se vio afectado su desarrollo Esto

concuerda con los sentildealado por Raskyn et al (1997) respecto

a que las especies terrestres desarrolladas en medios

hidropoacutenicos son maacutes aptas para la remocioacuten de metales

pesados presentes en solucioacuten

Remocioacuten de Arseacutenico de Efluentes Liacutequidos de Plantas de Beneficio de Oro y Cuerpos Hiacutedricos de la Zona Minera de Ponce Enriacutequez por Rizofiltracioacuten con Pasto Azul (dactylis glomerata)

Tabla 5 Evaluacioacuten de remocioacuten de As de soluciones sinteacuteticas

Especie Remocioacuten As () Mortalidad

()

Marchita

() T-1(1) T-2(2) T-3(3

Jacinto agua 980 580 640 760 780

Pasto azul 960 570 700 473 280 Helecho 840 440 430 100 100

(1) T-1 Solucioacuten sinteacutetica 0154 mgL-1

(2) T-2 Solucioacuten sinteacutetica 0375 mgL-1 (3) T-3 Solucioacuten sinteacutetica 0847 mgL-1

Dushenkov et al (1995) sentildeala que las raiacuteces de las plantas

terrestres tienen una capacidad intriacutenseca para absorber y

precipitar metales pesados de soluciones y que los pastos

tienen la propiedad de regenerar su raiacutez siendo esto

beneficioso para emplearlos en procesos de rizofiltracioacuten Bajo

estos criterios se seleccionoacute a la especie de pasto azul como la

de mejores caracteriacutesticas para la aplicacioacuten del tratamiento de

rizofiltracioacuten en muestras de cuerpos hiacutedricos y efluentes

liacutequidos de plantas de beneficio con concentraciones de As

superiores a los liacutemites maacuteximos permisibles

34 Desarrollo de cultivos hidropoacutenicos de pasto azul

(dactylis glomerata)

Para el desarrollo de cultivos hidropoacutenicos de pasto azul se

emplearon 276 cubos de sustrato en los cuales se colocaron de

3 a 5 semillas de acuerdo a la metodologiacutea descrita en la

Seccioacuten 222 En eacutesta fase se obtuvo un 640 de germinacioacuten

a los 11 diacuteas de proceso Al final de este periodo las plaacutentulas

presentaron un promedio de crecimiento de 188 cm

Las semillas germinadas fueron colocadas en bandejas con

solucioacuten nutritiva de las cuales el 760 alcanzaron una

longitud de entre 10 a 12 cm posterior a ello se trasladaron al

sistema hidropoacutenico vertical NFT en esta etapa

permanecieron de 4 a 5 meses previo a ser empleadas en el

tratamiento de rizofiltracioacuten para lo cual alcanzaron

longitudes promedio de 60 cm en hojas y 12 cm en raiacutez

(Seccioacuten 222)

Durante el crecimiento de las plantas se controloacute la presencia

de plagas y mortalidad de las mismas para contrarrestar la

plaga de pulgoacuten verde que sufrieron al tercer mes de

crecimiento se empleoacute una insecticida natural que conteniacutea

ajo y agua (relacioacuten 19) con ello se eliminoacute el 80 de la plaga

en el plazo de 24 horas Adicionalmente se repitioacute el proceso

cada 2 diacuteas hasta obtener el 100 de depuracioacuten

Semanalmente se limpiaron las hojas marchitas de las plantas

a fin de que eacutestas se regeneren

35 Resultados de remocioacuten de As por rizofiltracioacuten

empleando pasto azul a escala laboratorio

351 Remocioacuten de As de muestras de agua superficial de

dos cuerpos hiacutedricos

Con base en los resultados de la caracterizacioacuten de las

muestras de agua superficial de los riacuteos Chico y Siete cuya

concentracioacuten de As sobrepasaba el liacutemite maacuteximo permisible

de 005 (mgL-1) y considerando los resultados presentados en

la Tabla 5 donde se verificoacute que el pasto azul (dactylis

glomerata) presentaba porcentajes de remocioacuten de As

superiores al 50 con una mortalidad del 473 se procedioacute

directamente a la aplicacioacuten del tratamiento de rizofiltracioacuten

para las muestras de agua

Las plantas empleadas en los tratamientos se desarrollaron en

cultivos hidropoacutenicos con solucioacuten nutritiva a fin de que la

raiacutez de la especie vegetal se adapte al medio acuoso de

acuerdo a lo detallado en la Seccioacuten 222

Para la muestra de agua del riacuteo Siete se realizoacute dos

tratamientos en el primero se empleoacute 15 plantas de pasto azul

con 4 meses de crecimiento cuyas dimensiones promedio

fueron 5327 cm hojas y 1147 cm raiacutez Para el segundo

tratamiento se redujo el nuacutemero de especies a 10 plantas con

un tiempo de crecimiento de 5 meses y longitudes promedio

de 136 cm y 609 cm para raiacutez y hojas respectivamente

Conforme a los resultados sentildealados en la Tabla 6 para el

Tratamiento 1 al cuarto diacutea ya se contoacute con concentraciones

de As inferiores al liacutemite maacuteximo permisible de 005 mgL-1

establecido en la normativa ambiental aplicable para la

preservacioacuten de los cuerpos hiacutedricos Desde el diacutea quinto hasta

el deacutecimo tercer diacutea la reduccioacuten de la concentracioacuten del

metaloide se mantiene constante y al deacutecimo cuarto diacutea la

concentracioacuten de As se ubica bajo el liacutemite recomendable por

la Organizacioacuten Mundial de la Salud de 001 mgL-1

alcanzando su maacuteximo porcentaje de remocioacuten el deacutecimo

quinto diacutea de tratamiento con un 972 y una tasa de

marchitamiento del 80

El tratamiento se podriacutea aplicar hasta el cuarto diacutea tiempo en

el cual las plantas presentan una mortalidad del 40 con una

remocioacuten del 716 A partir de ese tiempo las especies

vegetales empiezan a perder su capacidad de tolerancia al As

esto puede deberse a que las fitoquelatinas que son peacuteptidos

que permiten la quelacioacuten o precipitacioacuten de los metales

pesados dentro de las vacuolas celulares y con ello evitar dantildeo

celular de las plantas estaacuten perdiendo su capacidad de

asociacioacuten con los metales lo que disminuye su remocioacuten

(Schat 2002 Yadav 2010)

En el ensayo de rizofiltracioacuten del Tratamiento 2 se puede

observar que al segundo diacutea de tratamiento ya se tienen

concentraciones menores al liacutemite maacuteximo permisible con un

porcentaje de remocioacuten del 737 Ademaacutes las plantas

presentaron un marchitamiento del 20 por lo que al emplear

especies maacutes maduras se puede tanto obtener mejores

resultados en menor tiempo como regenerar las especies para

aplicarlas en otros tratamientos ya que eacutestas se han adaptado

a la concentracioacuten de As Cabe sentildealar que las especies

utilizadas en este tratamiento presentaron un sistema radicular

maacutes desarrollado en comparacioacuten con las plantas del

tratamiento anterior

Al respecto en el estudio de Vaacutesquez et al (2009) se

establecioacute que las plantas han desarrollado varios mecanismos

para controlar la homeostasis de elementos esenciales y

soportar el estreacutes generado por elementos toacutexicos lo que le

permite adaptarse a ellos por lo que los altos porcentajes de

remocioacuten de As pueden atribuirse a que la planta asimiloacute a este

metaloide como un nutriente

Remocioacuten de Arseacutenico de Efluentes Liacutequidos de Plantas de Beneficio de Oro y Cuerpos Hiacutedricos de la Zona Minera de Ponce Enriacutequez por Rizofiltracioacuten con Pasto Azul (dactylis glomerata)

Tabla 6 Remocioacuten de As de muestras del riacuteo Siete empleando rizofiltracioacuten

con pasto azul Tratamiento 1(2) Tratamiento 2(3)

Diacutea de

tratamiento

Concentracioacuten

As solucioacuten

(mgL-1)

Diacutea de

tratamiento

Concentracioacuten

As solucioacuten

(mgL-1)

LMP(1) 005 LMP(1 005

0 0120 0 0120

1 0050 1 0061 4 0038 2 0032

5 0034 5 0014

7 0024 6 0006 15 0006 7 0001

(1) Liacutemite Maacuteximo Permisible Anexo 1 Tabla 2 TULSMA

(2) Tratamiento 1 5000 mL de muestra 15 plantas y 4 meses de crecimiento (3) Tratamiento 2 3000 mL de muestra 10 plantas y 5 meses de crecimiento

De acuerdo a Meharg A (2005) y Rangel et al (2015) el As

en forma de arseniato (As+5) puede sustituir al fosfato que es

considerado como un macronutriente de la solucioacuten nutritiva

en la cual se desarrollaron las plantas pues posee una

estructura anaacuteloga y por consiguiente puede entrar a las

ceacutelulas a traveacutes del sistema de transporte del fosfato

Para la muestra de agua del riacuteo Chico se partioacute de una

concentracioacuten de As de 027 mgL-1 y se tratoacute 5000 mL por

rizofiltracioacuten con 15 plantas de pasto azul de 4 meses de

crecimiento hidropoacutenico con dimensiones de 6260 cm y 1273

cm de longitud de hojas y raiacutez respectivamente De los

resultados obtenidos se determinoacute que al seacuteptimo diacutea la

concentracioacuten de As se encontroacute bajo el liacutemite maacuteximo

permisible tiempo que es superior en 3 diacuteas a los resultados

obtenidos en los tratamientos con las muestras del riacuteo Siete que

presentoacute una concentracioacuten inicial de As menor a la del riacuteo

Chico por lo que al octavo diacutea se finalizoacute el tratamiento y se

alcanzoacute una maacutexima remocioacuten de 974 con una mortalidad

del 70

Con estos resultados se realizoacute otro ensayo de rizofiltracioacuten

que corresponde al Tratamiento 2 en el que se redujo el

nuacutemero de plantas y el volumen de muestra de 5000 mL a

3000 mL a fin de determinar la influencia de estos factores en

la absorcioacuten de As En este caso se emplearon 10 plantas de

pasto azul con 5 meses de crecimiento cuyas dimensiones

fueron 1250 cm y 5180 cm de para raiacutez y hojas

respectivamente En la Tabla 7 se muestra que al sexto diacutea de

tratamiento presentaron valores bajo al liacutemite maacuteximo

permisible lo que puede deberse a que el sistema radicular de

estas especies estuvo maacutes desarrollado favoreciendo la

absorcioacuten del As ya que al seacuteptimo se alcanzoacute el 999 de

remocioacuten con un 200 de mortalidad

Tabla 7 Remocioacuten de As de muestras del riacuteo Chico empleando

rizofiltracioacuten con pasto azul Tratamiento 1(2) Tratamiento 2(3)

Diacutea de

tratamiento Concentracioacuten As

solucioacuten (mgL-1) Diacutea de

tratamiento Concentracioacuten As

solucioacuten (mgL-1)

LMP(1) 005 LMP(1) 005

0 0270 0 0270

1 0206 1 0204 2 0094 2 0185

6 0051 5 0090

7 0026 6 0037

8 0007 7 0001

(1) Liacutemite Maacuteximo Permisible Anexo 1 Tabla 2 TULSMA

(2) Tratamiento 1 5000 mL de muestra 15 plantas y 4 meses de crecimiento (3) Tratamiento 2 3000 mL de muestra 10 plantas y 5 meses de crecimiento

Figura 4 Remocioacuten de As en funcioacuten de la concentracioacuten inicial

Para determinar coacutemo afecta la concentracioacuten de As en la

remocioacuten de este metal a traveacutes de rizofiltracioacuten se realizoacute una

comparacioacuten entre los resultados del Tratamiento 1 de las 2

muestras de agua de los cuerpos hiacutedricos del Distrito Minero

Camilo Ponce Enriacutequez Los resultados obtenidos se muestran

en la Figura 4 en esta comparacioacuten se puede observar que a

menor concentracioacuten de As se llega en menor tiempo a valores

bajo los liacutemites permisibles La muestra del riacuteo Siete al primer

diacutea de tratamiento alcanza este valor mientras que la muestra

del riacuteo Chico lo alcanza al sexto diacutea

Para el seacuteptimo diacutea las dos muestras de estudio alcanzaron el

mismo rango de concentracioacuten de As que es inferior al liacutemite

maacuteximo permisibles establecido en la normativa ambiental

Asiacute mismo se puede observar que las plantas una vez que

absorben maacutes del 50 empiezan a reducir su capacidad de

absorcioacuten lo que puede atribuirse a que la planta estaacute

saturaacutendose ya no reconoce al As como fosfato

352 Remocioacuten de As de muestras de agua de efluentes

liacutequidos de dos plantas de beneficio de oro a escala

laboratorio

De acuerdo a PRODEMINCA (1998) en las cuencas de los

riacuteos Chico y Siete se ubica una extensa explotacioacuten auriacutefera a

partir de minerales que contienen sulfuros Las teacutecnicas de

explotacioacuten y beneficio no son en su mayoriacutea eficientes como

tampoco lo es la disposicioacuten de los efluentes esto genera

afectacioacuten a los cuerpos hiacutedricos de la zona Por ello se evaluoacute

la remocioacuten de As por rizofiltracioacuten para los efluentes de dos

plantas de beneficio instaladas en las riveras de estos riacuteos

Para cada ensayo se partioacute de 5000 mL de efluentes liacutequidos

y 15 plantas de pasto azul de 4 meses de crecimiento cuyas

dimensiones en promedio fueron para la Planta de Beneficio

1 6547 cm (hojas) y 1213 cm (raiacutez) y para la Planta de

Beneficio 2 6270 cm (hojas) y 148 cm (raiacutez) En la Tabla 8

se presentan los resultados del Tratamiento 1 para cada planta

de beneficio

En la Tabla 8 se observa que las concentraciones As del

efluente de la Planta de Beneficio 1 es superior en 04 mgL-1

del liacutemite maacuteximo permisible por lo que al segundo diacutea de

tratamiento ya se alcanzan valores bajo el liacutemite que

corresponde al 610 de remocioacuten del metaloide

000

003

006

009

012

015

018

021

024

027

030

0 1 2 3 4 5 6 7 8 9

Con

cen

trac

ioacuten

n d

e A

s en

solu

cioacuten

(mgL

-1)

Diacuteas de tratamiento

Riacuteo Siete Riacuteo Chico Liacutemite maacuteximo permisible

Remocioacuten de Arseacutenico de Efluentes Liacutequidos de Plantas de Beneficio de Oro y Cuerpos Hiacutedricos de la Zona Minera de Ponce Enriacutequez por Rizofiltracioacuten con Pasto Azul (dactylis glomerata)

Tabla 8 Remocioacuten de As de muestras de efluente liacutequido de dos plantas de

beneficio empleando rizofiltracioacuten con pasto azul Planta de Beneficio 1 Planta de Beneficio 2

Diacutea de

tratamiento

Concentracioacuten As

en solucioacuten

(mgL-1)

Diacutea de

tratamiento

Concentracioacuten As

en solucioacuten

(mgL-1)

LMP(1) 010 LMP(1) 010

0 0140 0 0240

1 0113 1 0188

2 0055 3 0092

6 0043 8 0034

7 0030 13 0023 8 0024 14 0014

9 0011 15 0010

(1) Liacutemite Maacuteximo Permisible Anexo 1 Tabla 9 Liacutemites de Descarga a un Cuerpo de Agua Dulce TULSMA

Sin embargo se continuoacute con el proceso hasta alcanzar la

concentracioacuten miacutenima recomendada por la Organizacioacuten

Mundial de la Salud (10 ug L-1) valor que se lo alcanzoacute al

noveno diacutea de tratamiento con un porcentaje de remocioacuten del

921 y una mortalidad de las especies de pasto azul del 80

Por otro lado para la Planta de Beneficio 2 se partioacute de

concentracioacuten de As dos veces superior al liacutemite maacuteximo

permisible de 010 mgL-1 para el tercer diacutea de tratamiento ya

se obtuvieron concentraciones bajo el liacutemite que corresponden

al 63 de remocioacuten al igual que el tratamiento aplicado al

efluente de la planta de beneficio 1 se continuoacute con el mismo

hasta alcanzar una concentracioacuten de 001 mgL-1 de As

presente en la muestra de estudio este valor se obtuvo al

deacutecimo quinto diacutea lo que representa el 96 de remocioacuten con

un porcentaje de mortandad del 80

Al igual que con las muestras de agua de los cuerpos hiacutedricos

se realizoacute otro ensayo para los efluentes de plantas de

beneficio en el que se varioacute el tiempo de crecimiento de las

especies de pasto azul de 4 a 5 meses y se mantuvo el volumen

de 5000 mL de muestra cuyos resultados se presentan en las

Figuras 5 y 6

Para la Planta de Beneficio 1 se redujo el nuacutemero de especies

de 15 a 10 plantas de pasto azul con dimensiones promedio de

183 cm de raiacutez y 649 cm de hojas Bajo estos paraacutemetros se

alcanzoacute al primer diacutea de tratamiento una concentracioacuten de As

de 0076 mgL-1 valor inferior al liacutemite maacuteximo permisible y

para el octavo diacutea se alcanzoacute el 936 de remocioacuten con un

600 de mortalidad valores que se presentan en la Figura 5

Figura 5 Remocioacuten de As de efluentes liacutequidos de Planta de Beneficio 1 en funcioacuten del nuacutemero de plantas de pasto azul

Figura 6 Remocioacuten de As de efluentes liacutequidos de Planta de Beneficio 2 (PB2) variando dimensiones de planta y tiempo de crecimiento

De la Figura 5 se puede determinar que al trabajar con un

menor nuacutemero de especies se presenta la misma tendencia que

al emplear 15 plantas de pasto azul esto se debe a que el

sistema radicular de las especies del segundo tratamiento se

encontraba maacutes desarrollado lo que favorecioacute en el proceso de

absorcioacuten de As ya que al tener un xilema maacutes desarrollado

aumenta la capacidad hiperacumuladora de metales por las

plantas de acuerdo a lo sentildealado por Rascio amp Navari-Izzo

(2011)

Para la Planta de Beneficio 2 se consideroacute solo al tiempo de

crecimiento de las especies como paraacutemetro de variacioacuten en

este tratamiento se empleoacute 15 especies de pasto azul de 5

meses cuyas dimensiones promedio fueron de 127 cm de raiacutez

y 552 cm de hojas bajo estas condiciones al deacutecimo cuarto

diacutea se llegoacute a una concentracioacuten de 0019 mgL-1 que

representa el 92 de remocioacuten de As Estos resultados fueron

graficados en la Figura 6 conjuntamente con los datos del

Tratamiento 1 y se puede evidenciar que no existe una

variacioacuten significativa entre ellos a pesar de que el sistema

radicular de las especies del Tratamiento 2 eran inferiores sin

embargo permanecieron un mayor tiempo en contacto con

solucioacuten nutritiva

353 Variacioacuten de crecimiento de raiacutez y hojas de especies

pasto azul empleado en rizofiltracioacuten

A fin de determinar coacutemo afecta la absorcioacuten de As en el

crecimiento de las plantas empleadas en la rizofiltracioacuten se

procedioacute a medir la raiacutez y hojas antes y despueacutes del

tratamiento Los resultados se presentan en la Tabla 9

Tabla 9 Dimensiones de raiacutez y hojas de pasto azul

Muestra Parte Dimensiones (cm) Diacuteas

tratamiento

de

remocioacuten As Inicial Final

Riacuteo Siete Hojas 5327 5435

15 9715 Raiacutez 1147 1021

Riacuteo Chico Hojas 6260 6543

8 9740 Raiacutez 1273 1527

Planta de

Beneficio 1

Hojas 6547 6778 9 9214

Raiacutez 1213 1219

Planta de

Beneficio 2

Hojas 6270 6520 15 9600

Raiacutez 1480 880

000

002

004

006

008

010

012

014

0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10

Con

cen

trac

ioacuten

de

As

en s

olu

cioacuten

(mgL

-1)

Diacutea de Tratamiento

Rizofiltracioacuten 15 plantas 5 L Rizofiltracioacuten 10 plantas 5 LLiacutemite maacuteximo permisible

000

003

006

009

012

015

018

021

024

027

0 2 4 6 8 10 12 14 16

Con

cen

trac

ioacuten

n d

e A

s en

solu

cioacuten

(mgL

-1)

Diacuteas de tratamiento

Tratamiento 1_PB2 Tratamiento 2_PB2

Liacutemite maacuteximo permisible

Remocioacuten de Arseacutenico de Efluentes Liacutequidos de Plantas de Beneficio de Oro y Cuerpos Hiacutedricos de la Zona Minera de Ponce Enriacutequez por Rizofiltracioacuten con Pasto Azul (dactylis glomerata)

De los datos presentados se observa que a un mayor tiempo

de retencioacuten el sistema radicular decrece debido a que se ve

debilitado por el contacto con la solucioacuten sin embargo en los

tratamientos que duraron la mitad del tiempo de retencioacuten se

tiene un crecimiento de la raiacutez de las plantas empleadas esto

puede deberse a que hasta ese tiempo la planta asimila al As

como fosfato que es utilizado como nutriente es decir

estimuloacute la produccioacuten de biomasa de raiacuteces manteniendo

concordancia con lo descrito por Vaacutesquez et al (2009) en su

ensayo con plantas de soja en soluciones de arseniato

Ademaacutes se observa que las dimensiones de las hojas de las

especies incrementa esto debido a que el As no afectoacute el

crecimiento de la planta ya que las concentraciones a las que

fueron expuestas son bajas entre 012 y 027 mgL-1

manteniendo concordancia con lo descrito por Machlis (1945)

quien que sentildeala que concentraciones de As de hasta 05 a

06 mgL-1 no suprimen el crecimiento de las plantas

354 Anaacutelisis de As en raiacutez y hojas de plantas de pasto azul

empleado en rizofiltracioacuten

A fin de determinar la cantidad de As retenido por las especies

de pasto azul que fueron empleadas en los diferentes

tratamientos de rizofiltracioacuten se procedioacute a tomar una muestra

de 3 plantas representativas con la raiacutez maacutes abundante y un

promedio de longitud de 13 cm las cuales fueron sometidas a

una disgregacioacuten aacutecida conforme al numeral 233 y

posteriormente se analizoacute la concentracioacuten de As tanto en raiacutez

como hojas mediante ICP-OES

Dushenkov et al (1995) y Del Toro et al (2013) en sus

estudios sentildealaron que la mayoriacutea de las plantas retienen gran

parte de la carga de plomo y As respectivamente en la raiacutez y

una pequentildea fraccioacuten se transporta preferentemente a las hojas

donde es secuestrada y acumulada en la vacuola celular esto

corrobora los datos presentados en la Tabla 10 en los cuales

se puede observar que en promedio maacutes del 768 del

metaloide de intereacutes se retuvo en el sistema radicular y hasta

un 231 en las hojas debido a que el As se inmovilizo en el

sistema radicular de la planta

Por otro lado tambieacuten se analizoacute una muestra de plantas que

no se sometieron a tratamiento de rizofiltracioacuten cuyos

resultados sirvieron para compararlos con las especies

aplicadas en las muestras de agua de los riacuteos asiacute como en las

descargas liacutequidas de las Plantas de Beneficio obteniendo que

los valores maacuteximos superan 10 y 15 veces al valor obtenido

en el blanco ademaacutes las plantas que estuvieron expuestas a las

mayores concentraciones de As (0240 y 0270 mgL-1)

presentaron los valores maacutes altos es decir la absorcioacuten de As

fue directamente proporcional a la concentracioacuten inicial del

metaloide

Tabla 10 Concentracioacuten de As en raiacutez y hojas de pasto azul empleadas en

rizofiltracioacuten

MUESTRA As (mgg-1) As

Raiacutez Hojas Raiacutez Hojas

BLANCO 0109 0019 852 148 RIO CHICO 1069 0360 748 252

RIO SIETE 0220 0082 728 272

PLANTA DE BENEFICIO 1 1624 0248 868 132 PLANTA DE BENEFICIO 2 0127 0047 731 269

Tabla 11 Anaacutelisis de Varianza de resultados de absorcioacuten de As con

diferentes tipos de muestras FV SC gl CM F p

Modelo 006 7 001 185 01 Muestra de tratamiento 006 7 001 185 01

Error 026 59 0 Total 031 66

SC=Suma de cuadrados F=valor estadiacutestico de distribucioacuten de Snedecor

p=valor estadiacutestico para aceptar o rechazar una hipoacutetesis

gL=grados de libertad CM=Media cuadraacutetica

Por otra parte la mayor acumulacioacuten de As en la raiacutez puede

deberse a factores internos de tolerancia de la planta como los

exudados radiculares que estaacuten formados por aacutecidos orgaacutenicos

que permiten la tolerancia de metales en el sistema radical que

pueden influenciar de manera directa en la solubilidad de

elementos ya sean esenciales o no a traveacutes de la acidificacioacuten

quelacioacuten precipitacioacuten y procesos de oacutexidondashreduccioacuten en la

rizoacutesfera y de forma indirecta mediante efectos en la actividad

microbiana en las propiedades fiacutesicas de la rizoacutesfera y en la

dinaacutemica de crecimiento de la raiacutez esto de acuerdo a lo

sentildealado por Gonzales y Zapata (2008) y lo verificado por

Dushenkov et al (1995) en su estudio empleando pasto para

remover plomo

36 Anaacutelisis estadiacutesticos de resultados de tratamiento de

rizofiltracioacuten

Los datos obtenidos referentes a la absorcioacuten de As de las 4

muestras empleadas en el estudio fueron analizados por el

meacutetodo ANOVA utilizando el sistema INFOSTATL a fin de

determinar si existe varianza significativa o no entre los

resultados de absorcioacuten de As de muestras de agua de 2 riacuteos y

2 efluentes de plantas de beneficio de la zona minera de

Camilo Ponce Enriacutequez hasta alcanzar valores inferiores al

liacutemite maacuteximo permisible cuyos resultados se presentan en la

siguiente Tabla

De las Tablas 11 y 12 se determina que el valor obtenido de p

es mayor que el 50 lo que significa que los resultados no

son significativamente diferentes entre siacute ya que se encuentran

dentro del mismo rango por lo que el tratamiento de

rizofiltracioacuten para muestras de agua que se encuentran sobre

los liacutemites maacuteximos permisibles establecidos por la normativa

ambiental son aplicables tanto para agua de cuerpos hiacutedricos

asiacute como para efluentes liacutequidos de plantas de beneficio

Ademaacutes todos los resultados presentan medias similares por

lo que se ubican en un mismo rango reforzando la hipoacutetesis

de que el tratamiento es aplicable a diferentes muestras de

agua

Tabla 12 Test de Tukey 5

Muestra de Tratamiento Medias n EE Rango

Rio Siete A 003 12 002 A

Rio Siete B 004 6 003 A

PLANTA DE BENEFICIO 1 A 006 8 002 A PLANTA DE BENEFICIO 1 B 006 7 002 A

PLANTA DE BENEFICIO 2 B 006 11 002 A

PLANTA DE BENEFICIO 2 A 007 10 002 A Rio Chico A 011 7 002 A

Rio Chico B 013 6 003 A

n=nuacutemero de muestras EE=error estaacutendar

Remocioacuten de Arseacutenico de Efluentes Liacutequidos de Plantas de Beneficio de Oro y Cuerpos Hiacutedricos de la Zona Minera de Ponce Enriacutequez por Rizofiltracioacuten con Pasto Azul (dactylis glomerata)

37 Anaacutelisis de resultados de implementacioacuten de ensayo a

escala piloto y propuesta de humedal para depuracioacuten

de efluentes liacutequidos

A fin de que el proceso de estudio sea aplicable como una

alternativa de tratamiento de efluentes liacutequidos de la industria

minera se consideroacute su aplicacioacuten en humedales artificiales

con pasto azul Para este proceso se emplearon 15 plantas en

cada humedal con 6 meses de crecimiento y dimensiones

promedio de 284 cm (raiacutez) y 660 cm (hojas) en el primer

humedal y 257 cm (raiacutez) y 594 cm (hojas) para el segundo

humedal las mismas que previamente se desarrollaron de

manera hidropoacutenica y fueron trasplantadas a los humedales

donde se adaptaron por 5 diacuteas (Seccioacuten 24)

Considerando que en los resultados de seccioacuten 36 se observa

que al segundo diacutea de tratamiento ya se obtienen valores de As

bajo el liacutemite maacuteximo permisible establecido en la normativa

ambiental para este estudio se consideroacute un tiempo de

retencioacuten de 48 horas previo a la descarga del efluente liacutequido

cuyos resultados se presentan en la Tabla 13

De los resultados se puede establecer que a las 48 horas se

logra obtener concentraciones de As bajo el liacutemite maacuteximo

permisible establecido por la normativa ambiental de

01 mgL-1 lo que corresponde al 98 y 95 de remocioacuten

del metaloide de los efluentes de las plantas de beneficio 1 y

2 respectivamente conforme se observoacute en los numerales

anteriores eacuteste porcentaje de remocioacuten se lo alcanza al seacuteptimo

o deacutecimo quinto diacutea de tratamiento sin embargo al combinar

la capacidad de absorcioacuten de As del pasto azul con el sustrato

empleado permiten incrementar la eficiencia del tratamiento

en un menor tiempo de aplicacioacuten

Otte amp Jacob (2006) sentildealan que existe una eficiencia del 65

para la remocioacuten de As empleando humedales artificiales

valor que confirma los datos obtenidos en la Tabla 13 Ademaacutes

se puede verificar que a menor concentracioacuten inicial se obtiene

una mayor remocioacuten del metaloide con una mortalidad del

10 debido a la capacidad de adaptacioacuten del pasto azul por

tanto pueden ser empleadas en varios procesos de

remediacioacuten sin embargo deberaacuten ser puestas en contacto con

solucioacuten nutritiva a fin de que las mismas se regeneren

Por otra parte con estos resultados se realizoacute la propuesta de

disentildeo de un humedal artificial para el tratamiento de efluentes

liacutequidos de plantas de beneficio a fin de disminuir la

concentracioacuten de As hasta niveles bajo el liacutemite maacuteximo

permisible para descargas liacutequidas a cuerpos hiacutedricos

Se considera un humedal artificial de flujo subsuperficial

vertical con comportamiento de un reactor de flujo ideal en

pistoacuten y modelo cineacutetico de remocioacuten de As de primer orden

(Culqui 2015)

Tabla 13 Remocioacuten de As en humedales artificiales con pasto azul

Tipo de muestra As (mgL-1) Remocioacuten

de As Inicial Final

Planta de Beneficio 1 014 0005 980

Planta de Beneficio 2 024 0013 950

(1) Liacutemite Maacuteximo Permisible Anexo 1 Tabla 9 Liacutemites de Descarga a un Cuerpo de Agua Dulce TULSMA

Tabla 14 Dimensionamiento de un humedal artificial Paraacutemetro Descripcioacuten Unidad Valor

Consideraciones

H(1) Altura Humedal m 060

Q Caudal entrada Ldiacutea-1 288000 Co Concentracioacuten Inicial As mgL-1 024

Cf Concentracioacuten Final de As mgL-1 0015

k Constante cineacutetica diacutea-1 -138 Ɛ(2) Porosidad del material 038

Dimensiones

As Aacuterea superficial total m2 2526

W Ancho m 410 L Largo m 616

t Tiempo de retencioacuten hidraacuteulico diacutea 2

n Nuacutemero de celdas 2

(1) Luna amp Castantildeeda 2014 (2) Saacutenchez 2010

Las dimensiones del humedal propuesto para el tratamiento se

presentan en la Tabla 14 donde se consideroacute una planta de

beneficio de pequentildea mineriacutea que descarga 010 Lseg-1 que

corresponderiacutea al caudal miacutenimo de entrada al humedal con

estos datos se establecioacute que se requiere un aacuterea superficial de

2526 m2 con dimensiones de 410 m de ancho 616 m de

largo y 060 m de profundidad Con un tiempo de retencioacuten de

2 diacuteas para alcanzar la remocioacuten de As hasta valores bajo la

norma ambiental aplicable

Para tratar mayores caudales de efluentes en los humedales

artificiales se deberiacutean emplear aacutereas maacutes extensas mayor

tiempo de retencioacuten y mayor nuacutemero de plantas por ellos se

podriacutean establecer varios humedales en paralelo

4 CONCLUSIONES

Para la ejecucioacuten del presente estudio se contemplaron los tres

principales distritos mineros de pequentildea mineriacutea del Ecuador

determinando que los cuerpos hiacutedricos de Camilo Ponce

Enriacutequez en promedio superaban 20 veces el liacutemite maacuteximo

permisible de As establecido en la Tabla 2 Criterio de Calidad

Admisible para la preservacioacuten de la vida acuaacutetica y silvestre

en agua dulce marinas y de estuario del Anexo del Texto

Unificado de Legislacioacuten Secundaria del Ministerio del

Ambiente las altas concentraciones de As puede deberse a la

geologiacutea de la zona asiacute como a las ineficientes teacutecnicas de

explotacioacuten y procesamiento del mineral por parte de los

mineros artesanales y pequentildeos mineros

Las plantas que presentan mejores caracteriacutesticas para la

absorcioacuten de As en solucioacuten son el jacinto de agua pasto azul

y helecho acuaacutetico miniatura De estas el pasto azul presentoacute

el 96 de remocioacuten de As con un 473 de mortalidad y 28

de marchitamiento para soluciones con una concentracioacuten de

0154 mgL-1 del metaloide en referencia por lo que se

seleccionoacute esta especie como la maacutes resistente para los

tratamientos de rizofiltracioacuten

El tratamiento de rizofiltracioacuten con pasto azul aplicado a

muestras de agua tanto de cuerpos hiacutedricos como efluentes

liacutequidos de plantas de beneficio de la zona minera de Camilo

Ponce Enriacutequez que presentaban concentraciones de As entre

0120 y 0270 mgL-1 permite obtener maacutes del 90 de

remocioacuten de As llegando a concentraciones inferiores al

liacutemite maacuteximo permisible tanto el establecido por la normativa

ambiental ecuatoriana asiacute como por la Organizacioacuten Mundial

Remocioacuten de Arseacutenico de Efluentes Liacutequidos de Plantas de Beneficio de Oro y Cuerpos Hiacutedricos de la Zona Minera de Ponce Enriacutequez por Rizofiltracioacuten con Pasto Azul (dactylis glomerata)

de la Salud por lo que se puede establecer que el tratamiento

de rizofiltracioacuten es aplicable a muestras reales que contienen

varios metales disueltos con resultados similares a los

alcanzados empleando soluciones sinteacuteticas de un metal en

especiacutefico es decir que los otros metales no inhibieron la

capacidad del pasto azul para absorber As

Las plantas de pasto azul con mayores dimensiones de su

sistema radicular presentan los porcentajes de remocioacuten de As

superiores como se evidencia en las muestras del riacuteo Chico y

Planta de Beneficio 2 de 974 y 96 respectivamente es

decir la remocioacuten del contaminante incrementa con el tamantildeo

de la raiacutez

Las plantas de pasto azul empleadas en el tratamiento de

rizofiltracioacuten presentaron un incremento de longitud de raiacuteces

y hojas de 219 cm en promedio lo que indica que las

concentraciones de As a las que estuvieron expuestas no

inhibieron el desarrollo de las mismas por lo que una vez

finalizado el tratamiento eacutestas pueden ser regeneradas en

contacto con solucioacuten nutritiva

Maacutes del 70 del As contenido en las especies usadas para el

tratamiento de rizofiltracioacuten se acula en el sistema radicular

esto debido tanto a la retencioacuten del metaloide en la pared

celular como a la complejacioacuten de las fitoquelatinas en la

vacuola celular de la planta

El tratamiento de rizofiltracioacuten en un humedal artificial

incrementa su eficiencia debido a la interaccioacuten que existe

entre las raiacuteces y el sustrato lo que permite que al segundo diacutea

se alcance el 95 de remocioacuten de As del efluente liacutequido

industrial llegando a valores inferiores al liacutemite maacuteximo

permisible de 01 mgL-1 establecido por la normativa

ambiental ecuatoriana concentracioacuten a la cual es permitida su

descarga a un cuerpo hiacutedrico

Un humedal artificial de flujo subsuperficial vertical con

plantas enraizadas de un aacuterea superficial de 2526 m2 (410 m

de ancho por 616 m de largo) con un tiempo de retencioacuten de

2 diacuteas puede ser empleado para tratar efluentes liacutequidos

industriales con porcentajes de remocioacuten de As superiores al

95 para una capacidad de 2880 Ldiacutea-1

Una vez finalizado el tratamiento de rizofiltracioacuten las plantas

empleadas para la absorcioacuten de metales deben ser gestionadas

como un desecho peligroso debido a su alta concentracioacuten de

metales por lo que se recomienda que las mismas sean

incineradas previo a su disposicioacuten final ya sean en celdas de

seguridad o reutilizarlas como fuente para recuperar los

metales

5 AGRADECIMIENTO

Los autores muestran su agradecimiento al Departamento de

Metalurgia Extractiva (DEMEX) de la Escuela Politeacutecnica

Nacional por el financiamiento de la presente investigacioacuten

mediante los fondos del proyecto PII-DEMEX-001-2019

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Remocioacuten de Arseacutenico de Efluentes Liacutequidos de Plantas de Beneficio de Oro y Cuerpos Hiacutedricos de la Zona Minera de Ponce Enriacutequez por Rizofiltracioacuten con Pasto Azul (dactylis glomerata)

residuales este proceso incluye el transporte de contaminantes

metaacutelicos hacia la superficie de la raiacutez absorbente asiacute como la

absorcioacuten del metal a traveacutes de las membranas de las ceacutelulas

de la raiacutez hacia la biomasa siendo importante las interacciones

entre planta-agua a fin de controlar la recuperacioacuten de

contaminantes especiacuteficos de los cuerpos hiacutedricos

(Dushenkov et al 1995 Yadav et al 2011 Verma et al

2006)

Las plantas maacutes efectivas para este tipo de fitoremediacioacuten

son las especies terrestres que crecen en medios hidropoacutenicos

cuyas raiacuteces deben ser de raacutepido crecimiento con la capacidad

de eliminar metales toacutexicos durante largos periacuteodos de tiempo

de exposicioacuten (Raskyn et al 1997 Khilji amp Bareen 2008)

La rizofiltracioacuten presenta varias ventajas como depurar varios

metales tratar grandes voluacutemenes de efluentes menor

necesidad de productos quiacutemicos toacutexicos reduccioacuten del

volumen de residuos secundarios reciclaje y efectividad en el

cumplimiento de la normativa ambiental (Raskyn et al 1997

Dushenkov et al 1995 Padmavathiamma et al 2007 Yadav

et al 2011)

Ejemplos exitosos del uso de esta teacutecnica son los humedales

artificiales camas de cantildea y sistemas de planta flotante para el

tratamiento de algunos tipos de aguas residuales en este caso

los metales se acumulan mayoritariamente en las raiacuteces de las

plantas empleadas Trabajos realizados por Lintildeaacuten (2016)

Flores (2017) y Barreto (2019) lograron obtener valores de

remocioacuten de As en soluciones sinteacuteticas de 22 50 98

96 empleando especies como la Quinuilla (Chenopodium

aacutelbum) cebolla Allium cepa Jacinto de agua (Eichhornia

crassipes) Pasto Azul (Dactylis glomerata) respectivamente

Hasta ahora en el Ecuador no se evidencia la aplicacioacuten de

sistemas de remediacioacuten de aguas contaminadas por As en

zonas mineras La presente investigacioacuten tiene como objetivo

principal evaluar la capacidad de remocioacuten de este metal de

efluentes liacutequidos de plantas de beneficio y de cuerpos hiacutedricos

ubicados en el distrito Minero de Camilo Ponce Enriacutequez

En este trabajo se emplearaacute la rizofiltracioacuten con pasto azul

(Dactylis glomerata) para absorber acumular estabilizar o

reducir el As presente en efluentes liacutequidos de dos plantas de

beneficio y dos cuerpos hiacutedricos del distrito minero en

referencia El tratamiento se aplicaraacute hasta alcanzar niveles de

As inferiores a los liacutemites maacuteximos permisibles establecidos

en la normativa ambiental ecuatoriana tanto a escala

laboratorio como piloto A partir de los resultados obtenidos

se espera motivar la aplicacioacuten del proceso por parte de las

empresas mineras de la zona como un tratamiento no

convencional que mejorariacutea la gestioacuten ambiental de sus

actividades

2 METODOLOGIacuteA

21 Caracterizacioacuten de las muestras de estudio

211 Seleccioacuten de la zona de estudio

Con base en la informacioacuten existente sobre los monitoreos de

calidad de agua de los riacuteos en los principales distritos mineros

del sur de Ecuador realizadas por PRODEMINCA (1998)

Appleton et al (2001) asiacute como por el INIGEMM (2014) se

seleccionoacute como aacuterea de estudio el distrito de Camilo Ponce

Enriacutequez

En esta zona se identificaron dos cuerpos hiacutedricos (riacuteo Siete y

riacuteo Chico) que presentaban concentraciones elevadas de As

que son superiores a 005 mg L-1 liacutemite maacuteximo permisible

establecido en la normativa ambiental ecuatoriana Anexo 1

Tabla 2 (Ministerio del Ambiente 2015)

Ademaacutes se identificaron dos plantas de beneficio ubicadas en

la zona de influencia de los cuerpos hiacutedricos seleccionados

cuyos efluentes liacutequidos presentaron concentraciones de As

superiores a 01 mgL-1 que corresponde al liacutemite maacuteximo

permisible establecido en el Anexo 1 Tabla 9 (Ministerio del

Ambiente 2015)

212 Toma de muestras de efluentes liacutequidos y cuerpos

hiacutedricos del distrito minero Camilo Ponce Enriacutequez

Con la identificacioacuten de los cuerpos hiacutedricos y plantas de

beneficio ubicados en el distrito minero de Camilo Ponce

Enriacutequez se procedioacute con un muestreo puntual para lo cual se

empleoacute el meacutetodo establecido en la Norma Teacutecnica INEN

2176 (Instituto Ecuatoriano de Normalizacioacuten 2013)

Las muestras fueron transportadas en un cajoacuten refrigerado por

viacutea terrestre al laboratorio del Departamento de Metalurgia

Extractiva (DEMEX) donde se realizaron los respectivos

anaacutelisis para la caracterizacioacuten fiacutesico ndash quiacutemica a fin de

determinar las condiciones iniciales previo a la aplicacioacuten del

proceso de rizofiltracioacuten como alternativa de depuracioacuten

213 Caracterizacioacuten de las muestras bajo estudio

La caracterizacioacuten quiacutemica de las muestras se realiza

empleando un equipo de absorcioacuten atoacutemica (AAnalyst 300

PERKIN ELMER) y un ICP-OES (PERKIN ELMER Optima

8000) para determinar la concentracioacuten inicial de Cu Cd Pb

Fe Zn Hg y principalmente As Ademaacutes se midioacute el pH de

las muestras y los soacutelidos suspendidos presentes

Se consideraron estos paraacutemetros ya que los mismos cuentan

con liacutemites maacuteximos permisibles establecidos en la normativa

ambiental vigente y que tienen incidencia en los criterios de

calidad para tratamiento de aguas afectadas por actividades

mineras (Quishpe 2010)

22 Desarrollo de cultivos hidropoacutenicos de plantas para

rizofiltracioacuten

221 Seleccioacuten de especie con mayor capacidad de

absorcioacuten de As en medio acuoso

Para la seleccioacuten de la especie con mayor porcentaje de

absorcioacuten de As se realizaron ensayos con plantas de jacinto

de agua (eichhornia crassipes) pasto azul (poa pratensis) y

helecho acuaacutetico miniatura (azolla) las cuales se desarrollaron

en cultivos hidropoacutenicos (Barreto 2019)

Remocioacuten de Arseacutenico de Efluentes Liacutequidos de Plantas de Beneficio de Oro y Cuerpos Hiacutedricos de la Zona Minera de Ponce Enriacutequez por Rizofiltracioacuten con Pasto Azul (dactylis glomerata)

Las especies seleccionadas fueron separadas en tres grupos de

10 plantas y cada una de ellas se colocoacute en contacto con

400 mL de soluciones sinteacuteticas de As de 0154 mgL-1

0375 mgL-1 y 0847 mgL-1 durante 15 diacuteas Durante este

periodo se llevoacute un registro del pH de las soluciones asiacute como

del marchitamiento mortalidad y coloracioacuten de las plantas

Los diacuteas 1 2 3 6 7 8 9 y 15 del ensayo se tomaron aliacutecuotas

de 10 mL para el anaacutelisis de la concentracioacuten de As en el ICP-

OES Se determinoacute el porcentaje de absorcioacuten del metal

pesado por las plantas con base en la diferencia entre la

concentracioacuten inicial y final de este metaloide en solucioacuten

ademaacutes se consideroacute la peacuterdida de volumen de muestra debido

a la evaporacioacuten y absorcioacuten propia de las plantas

En funcioacuten de los resultados obtenidos se seleccionoacute la especie

que presentoacute el mayor porcentaje de absorcioacuten de As en

soluciones sinteacuteticas para su posterior aplicacioacuten en ensayos

de depuracioacuten de aguas de riacuteo y efluentes de la zona de Camilo

Ponce Enriacutequez

222 Desarrollo de cultivos hidropoacutenicos de pasto azul

(dactylis glomerata)

Se implementaron semilleros hidropoacutenicos empleando como

sustrato espuma de poliuretano en cubos de 25 cm por arista

Cada cubo se humedecioacute con agua destilada previo a colocar

3 a 4 semillas de pasto azul (dactylis glomerata) con el fin de

facilitar la germinacioacuten (Quishpe 2010)

Los cubos con las semillas se colocaron en recipientes

(semilleros) que se cubrieron con agua destilada y se dejaron

reposar por 24 horas para que el sustrato capte toda la

humedad necesaria para favorecer la germinacioacuten

Transcurrido ese periodo se evacuoacute el exceso de agua para que

prosiga el proceso Durante esta etapa se realizoacute una

depuracioacuten de las plaacutentulas que no germinaron

Las primeras plaacutentulas germinadas fueron trasladadas a

bandejas con solucioacuten nutritiva que provee los nutrientes

necesarios para su adecuado desarrollo (INTAGRI 2017)

Esta solucioacuten fue elaborada a partir de macronutrientes como

fosfato di aacutecido de potasio (KH2PO4) nitrato de potasio

(KNO3) nitrato de calcio tetra hidratado [Ca(NO3)24H2O]

sulfato de magnesio hepta hidratado (MgSO47H2O) y

micronutrientes como EDTA de hierro (Fe) sulfato

manganoso hidratado (MnSO4 H2O) aacutecido boacuterico (H3BO3)

sulfato cuacuteprico penta hidratado (CuSO45H2O) molibdato de

amonio tetra hidratado [(NH4)6Mo7O24H2O] sulfato de zinc

hepta hidratado (ZnSO47H2O) cuya composicioacuten se presenta

en la Ficha Teacutecnica III Las plaacutentulas permanecen en las

bandejas hasta alcanzar una longitud de 10 a 12 cm

Las plantas ya desarrolladas fueron trasladas a un sistema

hidropoacutenico vertical NFT (Nutrient Film Technique) que estaacute

compuesto de a) Canales para cultivo hidropoacutenico (tubos PVC

de 3 m de largo y 01 m de diaacutemetro) b) Estructura de madera

(1 m de base 24 de largo y 21 de alto) y c) Sistema de

bombeo y alimentacioacuten (red de distribucioacuten bomba y tanque

de alimentacioacuten) conforme a la Figura 1 Ademaacutes en los

canales para el cultivo hidropoacutenico las plantas se colocaron

con una separacioacuten de 5 cm entre cada una de ellas

Figura 1 Esquema sistema hidropoacutenico vertical NFT

(Nutrient Film Technique)

Durante el proceso de crecimiento de las plantas de pasto azul

se controloacute su longitud la presencia de plagas y la mortalidad

de las mismas Las plantas permanecieron de 4 a 5 meses

dentro de este sistema hasta que presentaron longitudes

promedio de 60 cm en hojas y 12 cm en raiacutez previo a ser

empleadas en el tratamiento de rizofiltracioacuten de las muestras

de efluentes y cuerpos hiacutedricos (Barreto 2019)

23 Remocioacuten de As de efluentes liacutequidos de plantas de

beneficio y cuerpos hiacutedricos por rizofiltracioacuten con pasto

azul a escala laboratorio

Las muestras de efluentes liacutequidos de dos plantas de beneficio

y dos cuerpos hiacutedricos del distrito minero de Camilo Ponce

Enriacutequez que presentaron concentraciones de As superiores a

los liacutemites maacuteximos permisibles establecidos en la normativa

ambiental se trataron por rizofiltracioacuten con pasto azul

desarrollado por medios hidropoacutenicos (4 y 5 meses)

Para la depuracioacuten de los efluentes y el agua de los cuerpos

hiacutedricos a escala laboratorio se emplearon en cada caso

5000 mL de muestra que se colocaron en contacto con plantas

de pasto azul de 4 meses de crecimiento a las cuales se les

midioacute previamente la longitud de la raiacutez y las hojas conforme

a la Figura 2

Durante el tratamiento con una periodicidad de 48 horas se

tomaron aliacutecuotas de 30 mL de muestras de efluentes y aguas

para determinar la concentracioacuten de As remanente en las

soluciones empleando ICP-OES

El proceso de depuracioacuten de As por rizofiltracioacuten para los

efluentes de las plantas de beneficio de oro finalizoacute una vez

que la solucioacuten residual alcanzoacute concentraciones menores a

01 mgL-1 y 005 mg L-1 para las aguas de los cuerpos

hiacutedricos En ambos casos los porcentajes de remocioacuten del

metaloide fueron superiores al 90

Se realizoacute otro ensayo de rizofiltracioacuten para ello se incrementoacute

el tiempo de crecimiento de las especies de pasto azul de 4 a 5

meses a fin de determinar coacutemo variacutea este paraacutemetro en la

absorcioacuten de As y se procedioacute con el tratamiento antes

detallado Para este tratamiento se redujo el nuacutemero de plantas

a 10 especies y se empleoacute 3000 mL de muestra de agua para

cuerpos hiacutedricos y 5000 mL para efluentes liacutequidos de plantas

de beneficio

Remocioacuten de Arseacutenico de Efluentes Liacutequidos de Plantas de Beneficio de Oro y Cuerpos Hiacutedricos de la Zona Minera de Ponce Enriacutequez por Rizofiltracioacuten con Pasto Azul (dactylis glomerata)

Figura 2 Tratamiento de rizofiltracioacuten con pasto azul (dactylis glomerata)

Durante todos los ensayos a escala laboratorio se determinaron

porcentajes de mortalidad marchitamiento y tamantildeo de hojas

con el fin de establecer el grado de afectacioacuten de la absorcioacuten

de As en el desarrollo de la planta y su eficiencia en el

tratamiento

Una vez finalizados los diferentes tratamientos por

rizofiltracioacuten con pasto azul se determinoacute la concentracioacuten de

As presente en las hojas y la raiacutez de las plantas empleadas

durante el proceso Con este fin las plantas se secaron a

temperatura ambiente por dos semanas y se llevaron

separadamente a disgregacioacuten con aacutecido niacutetrico (65) Las

soluciones obtenidas se llevaron a anaacutelisis de la concentracioacuten

de As en ICP-OES Esto con el fin de determinar en queacute

seccioacuten de la planta se alojaba la mayor cantidad del metaloide

Con todos los datos obtenidos se realizoacute un anaacutelisis estadiacutestico

del comportamiento de cada ensayo para ello se aplicaraacute el

meacutetodo de varianza global (ADEVA o ANOVA)

24 Remocioacuten de As de efluentes liacutequidos de plantas de

beneficio por rizofiltracioacuten con pasto azul a escala piloto

Para la aplicacioacuten del tratamiento de depuracioacuten por

rizofiltracioacuten a escala piloto se instaloacute un sistema de

humedales artificiales de 20 L por diacutea de capacidad El

esquema de la instalacioacuten piloto se ilustra en la Figura 3 y fue

desarrollado de acuerdo a lo sugerido por Guanoluisa (2012)

El sistema estuvo compuesto por una estructura metaacutelica de

acero al carbono recubierto con pintura anticorrosiva con una

pendiente de 007 m que conteniacutea 2 recipientes tipo caja de

polipropileno comercial con sustrato inerte (34 cm de altura)

Dicho sustrato tuvo una primera capa de 9 cm de grava (2 a

4 cm) seguido de 9 cm de grava (lt 2 cm) y finalmente 16 cm

de una mezcla de grava y piedra poacutemez (lt 2 cm)

El sustrato fue lavado y desinfectado previamente con una

solucioacuten de cloro y se dejoacute secar al ambiente durante 1 diacutea En

eacuteste se colocaron 15 plantas de pasto azul de 6 meses de

crecimiento hidropoacutenico Se registroacute la longitud de la raiacutez y

hojas se adicionoacute solucioacuten nutritiva la misma que fue

recirculada por 5 diacuteas En este periodo de tiempo las plantas se

acondicionaron para tratamiento posterior

Figura 3 Esquema de humedales artificiales con pasto azul

(Modificado de Guanoluisa 2012)

Para la depuracioacuten por rizofiltracioacuten se emplearon 5 L de

efluentes liacutequidos de planta de beneficio de oro La

caracterizacioacuten de cada muestra se realizoacute conforme al

numeral 213 La muestra se colocoacute en el tanque de

alimentacioacuten desde el cual se bombeoacute hacia el humedal

superior (humedal 1) una vez terminado el bombeo se dejoacute en

contacto con las plantas durante 24 horas posterior a ello se

descargoacute la solucioacuten al segundo humedal (humedal 2) en el

cual se tuvo un tiempo de retencioacuten de 24 horas

Al finalizar el tiempo de tratamiento de cada efluente se

tomaron muestras de 30 mL de las soluciones de salida del

humedal 2 para el respectivo anaacutelisis del contenido de As

residual por medio del equipo ICP-OES Con los resultados

obtenidos se estableceraacute el porcentaje de absorcioacuten del

metaloide y la eficiencia de depuracioacuten del proceso

3 RESULTADOS Y DISCUSIOacuteN

Con base en los resultados del monitoreo de cuerpos hiacutedricos

realizado en los tres distritos mineros del sur del Ecuador se

seleccionoacute como zona de estudio el distrito de Camilo Ponce

Enriacutequez ya que presentaba las mayores concentraciones de

As seguacuten los estudios mencionados en la Seccioacuten 211

Con estos antecedentes se identificaron a los riacuteos Siete y Chico

como los cuerpos hiacutedricos a emplear en el presente trabajo

pues ambos superaban en promedio 20 veces el liacutemite maacuteximo

permisible establecido en la Tabla 2 del Anexo del Texto

Unificado de Legislacioacuten Secundaria del Ministerio del

Ambiente conforme se presenta en la Tabla 2

Tabla 2 Resultados de monitoreo de calidad de agua en cuerpos hiacutedricos del

Distrito Minero de Camilo Ponce Enriacutequez

Cuerpo Hiacutedrico

Concentracioacuten de As (mgL-1)

PRODEMINCA

1998

INIGEMM

2014

Appleton et al

2001

Riacuteo Siete 0785 0893 047

Riacuteo Chico 282 0051 ---

LMP(1) 005

(1) Liacutemite Maacuteximo Permisible Anexo 1 Tabla 2 Criterio de Calidad

Admisible para la preservacioacuten de la vida acuaacutetica y silvestre en agua dulce marinas y de estuario TULSMA

Remocioacuten de Arseacutenico de Efluentes Liacutequidos de Plantas de Beneficio de Oro y Cuerpos Hiacutedricos de la Zona Minera de Ponce Enriacutequez por Rizofiltracioacuten con Pasto Azul (dactylis glomerata)

Adicionalmente para la seleccioacuten de la zona de estudio se

consideroacute la informacioacuten del Catastro Minero (ARCOM

2019) se determinoacute que en el distrito Camilo Ponce Enriacutequez

se ubican 25 concesiones mineras y 38 plantas de beneficio de

las cuales maacutes del 95 no estaacuten regularizados ambientalmente

para la ejecucioacuten de sus labores mineras por lo que estas no

cuentan con las medidas ambientales necesarias para cumplir

con los requerimientos establecidos por la Maacutexima Autoridad

Ambiental en la gestioacuten de sus descargas Esta situacioacuten

afecta a la calidad de los cuerpos hiacutedricos que se ubican cerca

de estas actividades los mismos que aguas abajo son utilizados

para consumo humano y riego

Por esta razoacuten se identificaron dos plantas de beneficio

ubicadas en la zona de influencia de los cuerpos hiacutedricos

seleccionados cuyos efluentes liacutequidos presentaron

concentraciones de As superiores a 01 mgL-1 que

corresponde al liacutemite maacuteximo permisible establecido en el

Anexo 1 Tabla 9 (Ministerio del Ambiente 2015)

31 Georreferenciacioacuten de las muestras empleadas

Una vez seleccionados los dos riacuteos y las dos plantas de

beneficio se georreferenciaron los puntos objeto de estudio

para lo que se tomaron las coordenadas de cada uno de ellos

en el sistema WGS 84 ndash 17 Sur que se detalla en la Tabla 3

Se debe sentildealar que existe una distancia aproximada de 6 Km

en liacutenea recta desde el punto de muestreo del cuerpo hiacutedrico y

la planta de beneficio que se ubica sobre el mismo es decir

que el efluente liacutequido con el que se trabajaraacute contribuye con

carga contaminante al cuerpo hiacutedrico de estudio por lo que es

importante la aplicacioacuten de sistemas de tratamiento previo a su

descarga

32 Caracterizacioacuten de las muestras de cuerpos hiacutedricos y

efluentes de plantas de beneficio de oro

Una vez identificados los puntos de estudio se procedioacute con

un muestreo puntual de agua en cada uno de ellos para lo cual

se siguioacute los lineamientos de la Norma Teacutecnica INEN 2176

(Seccioacuten 212) Las muestras fueron caracterizadas a fin de

determinar la concentracioacuten inicial de metales como Cu Cd

Pb Fe Zn Hg y As ademaacutes se midioacute el pH factor importante

al momento de la remocioacuten del metal pesado de intereacutes

durante el proceso de rizofiltracioacuten los resultados se presentan

en la Tabla 4

Las muestras de agua superficial tomadas en los dos cuerpos

hiacutedricos y las dos muestras de efluentes liacutequidos de plantas de

beneficio presentan valores de As sobre los liacutemites maacuteximos

permisibles establecidos en la normativa ambiental

ecuatoriana manteniendo concordancia con los datos

presentados en la Tabla 2 del presente documento

Tabla 3 Coordenadas de los cuatro puntos de muestreo

Muestra Nomenclatura Coordenadas WGS 84-17S

Norte Este

Riacuteo Siete RS 636474 9661446 Riacuteo Chico CH 644996 9668296

Planta de beneficio 1 PB1 642260 9657706

Planta de beneficio 2 PB2 651264 9665731

Tabla 4 Caracterizacioacuten de muestras de cuerpos hiacutedricos y plantas de

beneficio

Paraacutemetro

analizadoss

Muestra

Riacuteo

Siete(1)

Riacuteo

Chico(1)

Planta de

Beneficio 1(2)

Planta de

Beneficio 2(2)

pH 780 835 787 840

Metales

(mgL-1)

As 012 027 014 024

Cu 001 001 028 533 Fe 002 lt001 009 010

Pb 008 002 003 001

Zn 001 lt001 002 002 Cd lt001 lt001 001 lt001

Hg 00002 00003 00004 00001

(1) Liacutemite Maacuteximo Permisible Anexo 1 Tabla 2 TULSMA (2) Liacutemite Maacuteximo Permisible Anexo 1 Tabla 9 TULSMA

La concentracioacuten de As del riacuteo Chico supera 5 veces al liacutemite

maacuteximo permisible establecido por la Autoridad Ambiental

Nacional siendo eacuteste el valor maacutes alto de las 4 muestras

analizadas Esto puede deberse a que en su parte superior

recibe una considerable aporte de la contaminacioacuten de las

actividades mineras de la zona de San Gerardo conforme a lo

sentildealado por PRODEMINCA (1998) donde se destaca que en

las descargas de efluentes el principal elemento presente es el

As un ejemplo de ello es la planta de beneficio 2 cuya

concentracioacuten de As es 024 mgL-1 que representa maacutes del

doble del liacutemite permisible que corresponde a 01 mg L-1

afectando la capacidad de autodepuracioacuten del cuerpo hiacutedrico

esta actividad se desarrolla a 6 Km del punto de toma de

muestra del riacuteo en referencia

33 Seleccioacuten de especie con mayor capacidad de absorcioacuten

de As en medio acuoso

Para la seleccioacuten de la especie maacutes adecuada para la remocioacuten

de As a traveacutes de rizofiltracioacuten se partioacute de los resultados

previos obtenidos por Barreto (2019) en los cuales se

consideraron 16 especies iniciales entre terrestres y acuaacuteticas

las mismas que fueron puestas por 48 horas en contacto con

una solucioacuten sinteacutetica de 45 mgL-1 de As a fin de determinar

la que presentaba mayor remocioacuten de eacuteste metaloide

En funcioacuten de los resultados obtenidos por Barreto (2019) se

seleccionaron tres especies dos acuaacuteticas (jacinto de agua y

helecho acuaacutetico miniatura) y una terrestre (pasto azul) que

fueron desarrollados por medios hidropoacutenicos y puestas en

contacto con soluciones sinteacuteticas de As de concentraciones de

0154 mgL-1 0375 mgL-1 y 0847 mgL-1 por 15 diacuteas

obteniendo los siguientes resultados

Se determinoacute que el jacinto de agua remueve el mayor

porcentaje de As de soluciones sinteacuteticas obteniendo un valor

maacuteximo de 98 al estar en contacto con una solucioacuten sinteacutetica

de 0154 mgL-1 de As sin embargo su tasa de mortalidad y

marchitamiento fue 76 y 78 respectivamente en cambio el

pasto azul para la misma concentracioacuten de As removioacute el 96

del metaloide con una mortalidad del 437 y 28 de

marchitamiento por lo que esta especie tuvo la mejor

adaptabilidad ya que no se vio afectado su desarrollo Esto

concuerda con los sentildealado por Raskyn et al (1997) respecto

a que las especies terrestres desarrolladas en medios

hidropoacutenicos son maacutes aptas para la remocioacuten de metales

pesados presentes en solucioacuten

Remocioacuten de Arseacutenico de Efluentes Liacutequidos de Plantas de Beneficio de Oro y Cuerpos Hiacutedricos de la Zona Minera de Ponce Enriacutequez por Rizofiltracioacuten con Pasto Azul (dactylis glomerata)

Tabla 5 Evaluacioacuten de remocioacuten de As de soluciones sinteacuteticas

Especie Remocioacuten As () Mortalidad

()

Marchita

() T-1(1) T-2(2) T-3(3

Jacinto agua 980 580 640 760 780

Pasto azul 960 570 700 473 280 Helecho 840 440 430 100 100

(1) T-1 Solucioacuten sinteacutetica 0154 mgL-1

(2) T-2 Solucioacuten sinteacutetica 0375 mgL-1 (3) T-3 Solucioacuten sinteacutetica 0847 mgL-1

Dushenkov et al (1995) sentildeala que las raiacuteces de las plantas

terrestres tienen una capacidad intriacutenseca para absorber y

precipitar metales pesados de soluciones y que los pastos

tienen la propiedad de regenerar su raiacutez siendo esto

beneficioso para emplearlos en procesos de rizofiltracioacuten Bajo

estos criterios se seleccionoacute a la especie de pasto azul como la

de mejores caracteriacutesticas para la aplicacioacuten del tratamiento de

rizofiltracioacuten en muestras de cuerpos hiacutedricos y efluentes

liacutequidos de plantas de beneficio con concentraciones de As

superiores a los liacutemites maacuteximos permisibles

34 Desarrollo de cultivos hidropoacutenicos de pasto azul

(dactylis glomerata)

Para el desarrollo de cultivos hidropoacutenicos de pasto azul se

emplearon 276 cubos de sustrato en los cuales se colocaron de

3 a 5 semillas de acuerdo a la metodologiacutea descrita en la

Seccioacuten 222 En eacutesta fase se obtuvo un 640 de germinacioacuten

a los 11 diacuteas de proceso Al final de este periodo las plaacutentulas

presentaron un promedio de crecimiento de 188 cm

Las semillas germinadas fueron colocadas en bandejas con

solucioacuten nutritiva de las cuales el 760 alcanzaron una

longitud de entre 10 a 12 cm posterior a ello se trasladaron al

sistema hidropoacutenico vertical NFT en esta etapa

permanecieron de 4 a 5 meses previo a ser empleadas en el

tratamiento de rizofiltracioacuten para lo cual alcanzaron

longitudes promedio de 60 cm en hojas y 12 cm en raiacutez

(Seccioacuten 222)

Durante el crecimiento de las plantas se controloacute la presencia

de plagas y mortalidad de las mismas para contrarrestar la

plaga de pulgoacuten verde que sufrieron al tercer mes de

crecimiento se empleoacute una insecticida natural que conteniacutea

ajo y agua (relacioacuten 19) con ello se eliminoacute el 80 de la plaga

en el plazo de 24 horas Adicionalmente se repitioacute el proceso

cada 2 diacuteas hasta obtener el 100 de depuracioacuten

Semanalmente se limpiaron las hojas marchitas de las plantas

a fin de que eacutestas se regeneren

35 Resultados de remocioacuten de As por rizofiltracioacuten

empleando pasto azul a escala laboratorio

351 Remocioacuten de As de muestras de agua superficial de

dos cuerpos hiacutedricos

Con base en los resultados de la caracterizacioacuten de las

muestras de agua superficial de los riacuteos Chico y Siete cuya

concentracioacuten de As sobrepasaba el liacutemite maacuteximo permisible

de 005 (mgL-1) y considerando los resultados presentados en

la Tabla 5 donde se verificoacute que el pasto azul (dactylis

glomerata) presentaba porcentajes de remocioacuten de As

superiores al 50 con una mortalidad del 473 se procedioacute

directamente a la aplicacioacuten del tratamiento de rizofiltracioacuten

para las muestras de agua

Las plantas empleadas en los tratamientos se desarrollaron en

cultivos hidropoacutenicos con solucioacuten nutritiva a fin de que la

raiacutez de la especie vegetal se adapte al medio acuoso de

acuerdo a lo detallado en la Seccioacuten 222

Para la muestra de agua del riacuteo Siete se realizoacute dos

tratamientos en el primero se empleoacute 15 plantas de pasto azul

con 4 meses de crecimiento cuyas dimensiones promedio

fueron 5327 cm hojas y 1147 cm raiacutez Para el segundo

tratamiento se redujo el nuacutemero de especies a 10 plantas con

un tiempo de crecimiento de 5 meses y longitudes promedio

de 136 cm y 609 cm para raiacutez y hojas respectivamente

Conforme a los resultados sentildealados en la Tabla 6 para el

Tratamiento 1 al cuarto diacutea ya se contoacute con concentraciones

de As inferiores al liacutemite maacuteximo permisible de 005 mgL-1

establecido en la normativa ambiental aplicable para la

preservacioacuten de los cuerpos hiacutedricos Desde el diacutea quinto hasta

el deacutecimo tercer diacutea la reduccioacuten de la concentracioacuten del

metaloide se mantiene constante y al deacutecimo cuarto diacutea la

concentracioacuten de As se ubica bajo el liacutemite recomendable por

la Organizacioacuten Mundial de la Salud de 001 mgL-1

alcanzando su maacuteximo porcentaje de remocioacuten el deacutecimo

quinto diacutea de tratamiento con un 972 y una tasa de

marchitamiento del 80

El tratamiento se podriacutea aplicar hasta el cuarto diacutea tiempo en

el cual las plantas presentan una mortalidad del 40 con una

remocioacuten del 716 A partir de ese tiempo las especies

vegetales empiezan a perder su capacidad de tolerancia al As

esto puede deberse a que las fitoquelatinas que son peacuteptidos

que permiten la quelacioacuten o precipitacioacuten de los metales

pesados dentro de las vacuolas celulares y con ello evitar dantildeo

celular de las plantas estaacuten perdiendo su capacidad de

asociacioacuten con los metales lo que disminuye su remocioacuten

(Schat 2002 Yadav 2010)

En el ensayo de rizofiltracioacuten del Tratamiento 2 se puede

observar que al segundo diacutea de tratamiento ya se tienen

concentraciones menores al liacutemite maacuteximo permisible con un

porcentaje de remocioacuten del 737 Ademaacutes las plantas

presentaron un marchitamiento del 20 por lo que al emplear

especies maacutes maduras se puede tanto obtener mejores

resultados en menor tiempo como regenerar las especies para

aplicarlas en otros tratamientos ya que eacutestas se han adaptado

a la concentracioacuten de As Cabe sentildealar que las especies

utilizadas en este tratamiento presentaron un sistema radicular

maacutes desarrollado en comparacioacuten con las plantas del

tratamiento anterior

Al respecto en el estudio de Vaacutesquez et al (2009) se

establecioacute que las plantas han desarrollado varios mecanismos

para controlar la homeostasis de elementos esenciales y

soportar el estreacutes generado por elementos toacutexicos lo que le

permite adaptarse a ellos por lo que los altos porcentajes de

remocioacuten de As pueden atribuirse a que la planta asimiloacute a este

metaloide como un nutriente

Remocioacuten de Arseacutenico de Efluentes Liacutequidos de Plantas de Beneficio de Oro y Cuerpos Hiacutedricos de la Zona Minera de Ponce Enriacutequez por Rizofiltracioacuten con Pasto Azul (dactylis glomerata)

Tabla 6 Remocioacuten de As de muestras del riacuteo Siete empleando rizofiltracioacuten

con pasto azul Tratamiento 1(2) Tratamiento 2(3)

Diacutea de

tratamiento

Concentracioacuten

As solucioacuten

(mgL-1)

Diacutea de

tratamiento

Concentracioacuten

As solucioacuten

(mgL-1)

LMP(1) 005 LMP(1 005

0 0120 0 0120

1 0050 1 0061 4 0038 2 0032

5 0034 5 0014

7 0024 6 0006 15 0006 7 0001

(1) Liacutemite Maacuteximo Permisible Anexo 1 Tabla 2 TULSMA

(2) Tratamiento 1 5000 mL de muestra 15 plantas y 4 meses de crecimiento (3) Tratamiento 2 3000 mL de muestra 10 plantas y 5 meses de crecimiento

De acuerdo a Meharg A (2005) y Rangel et al (2015) el As

en forma de arseniato (As+5) puede sustituir al fosfato que es

considerado como un macronutriente de la solucioacuten nutritiva

en la cual se desarrollaron las plantas pues posee una

estructura anaacuteloga y por consiguiente puede entrar a las

ceacutelulas a traveacutes del sistema de transporte del fosfato

Para la muestra de agua del riacuteo Chico se partioacute de una

concentracioacuten de As de 027 mgL-1 y se tratoacute 5000 mL por

rizofiltracioacuten con 15 plantas de pasto azul de 4 meses de

crecimiento hidropoacutenico con dimensiones de 6260 cm y 1273

cm de longitud de hojas y raiacutez respectivamente De los

resultados obtenidos se determinoacute que al seacuteptimo diacutea la

concentracioacuten de As se encontroacute bajo el liacutemite maacuteximo

permisible tiempo que es superior en 3 diacuteas a los resultados

obtenidos en los tratamientos con las muestras del riacuteo Siete que

presentoacute una concentracioacuten inicial de As menor a la del riacuteo

Chico por lo que al octavo diacutea se finalizoacute el tratamiento y se

alcanzoacute una maacutexima remocioacuten de 974 con una mortalidad

del 70

Con estos resultados se realizoacute otro ensayo de rizofiltracioacuten

que corresponde al Tratamiento 2 en el que se redujo el

nuacutemero de plantas y el volumen de muestra de 5000 mL a

3000 mL a fin de determinar la influencia de estos factores en

la absorcioacuten de As En este caso se emplearon 10 plantas de

pasto azul con 5 meses de crecimiento cuyas dimensiones

fueron 1250 cm y 5180 cm de para raiacutez y hojas

respectivamente En la Tabla 7 se muestra que al sexto diacutea de

tratamiento presentaron valores bajo al liacutemite maacuteximo

permisible lo que puede deberse a que el sistema radicular de

estas especies estuvo maacutes desarrollado favoreciendo la

absorcioacuten del As ya que al seacuteptimo se alcanzoacute el 999 de

remocioacuten con un 200 de mortalidad

Tabla 7 Remocioacuten de As de muestras del riacuteo Chico empleando

rizofiltracioacuten con pasto azul Tratamiento 1(2) Tratamiento 2(3)

Diacutea de

tratamiento Concentracioacuten As

solucioacuten (mgL-1) Diacutea de

tratamiento Concentracioacuten As

solucioacuten (mgL-1)

LMP(1) 005 LMP(1) 005

0 0270 0 0270

1 0206 1 0204 2 0094 2 0185

6 0051 5 0090

7 0026 6 0037

8 0007 7 0001

(1) Liacutemite Maacuteximo Permisible Anexo 1 Tabla 2 TULSMA

(2) Tratamiento 1 5000 mL de muestra 15 plantas y 4 meses de crecimiento (3) Tratamiento 2 3000 mL de muestra 10 plantas y 5 meses de crecimiento

Figura 4 Remocioacuten de As en funcioacuten de la concentracioacuten inicial

Para determinar coacutemo afecta la concentracioacuten de As en la

remocioacuten de este metal a traveacutes de rizofiltracioacuten se realizoacute una

comparacioacuten entre los resultados del Tratamiento 1 de las 2

muestras de agua de los cuerpos hiacutedricos del Distrito Minero

Camilo Ponce Enriacutequez Los resultados obtenidos se muestran

en la Figura 4 en esta comparacioacuten se puede observar que a

menor concentracioacuten de As se llega en menor tiempo a valores

bajo los liacutemites permisibles La muestra del riacuteo Siete al primer

diacutea de tratamiento alcanza este valor mientras que la muestra

del riacuteo Chico lo alcanza al sexto diacutea

Para el seacuteptimo diacutea las dos muestras de estudio alcanzaron el

mismo rango de concentracioacuten de As que es inferior al liacutemite

maacuteximo permisibles establecido en la normativa ambiental

Asiacute mismo se puede observar que las plantas una vez que

absorben maacutes del 50 empiezan a reducir su capacidad de

absorcioacuten lo que puede atribuirse a que la planta estaacute

saturaacutendose ya no reconoce al As como fosfato

352 Remocioacuten de As de muestras de agua de efluentes

liacutequidos de dos plantas de beneficio de oro a escala

laboratorio

De acuerdo a PRODEMINCA (1998) en las cuencas de los

riacuteos Chico y Siete se ubica una extensa explotacioacuten auriacutefera a

partir de minerales que contienen sulfuros Las teacutecnicas de

explotacioacuten y beneficio no son en su mayoriacutea eficientes como

tampoco lo es la disposicioacuten de los efluentes esto genera

afectacioacuten a los cuerpos hiacutedricos de la zona Por ello se evaluoacute

la remocioacuten de As por rizofiltracioacuten para los efluentes de dos

plantas de beneficio instaladas en las riveras de estos riacuteos

Para cada ensayo se partioacute de 5000 mL de efluentes liacutequidos

y 15 plantas de pasto azul de 4 meses de crecimiento cuyas

dimensiones en promedio fueron para la Planta de Beneficio

1 6547 cm (hojas) y 1213 cm (raiacutez) y para la Planta de

Beneficio 2 6270 cm (hojas) y 148 cm (raiacutez) En la Tabla 8

se presentan los resultados del Tratamiento 1 para cada planta

de beneficio

En la Tabla 8 se observa que las concentraciones As del

efluente de la Planta de Beneficio 1 es superior en 04 mgL-1

del liacutemite maacuteximo permisible por lo que al segundo diacutea de

tratamiento ya se alcanzan valores bajo el liacutemite que

corresponde al 610 de remocioacuten del metaloide

000

003

006

009

012

015

018

021

024

027

030

0 1 2 3 4 5 6 7 8 9

Con

cen

trac

ioacuten

n d

e A

s en

solu

cioacuten

(mgL

-1)

Diacuteas de tratamiento

Riacuteo Siete Riacuteo Chico Liacutemite maacuteximo permisible

Remocioacuten de Arseacutenico de Efluentes Liacutequidos de Plantas de Beneficio de Oro y Cuerpos Hiacutedricos de la Zona Minera de Ponce Enriacutequez por Rizofiltracioacuten con Pasto Azul (dactylis glomerata)

Tabla 8 Remocioacuten de As de muestras de efluente liacutequido de dos plantas de

beneficio empleando rizofiltracioacuten con pasto azul Planta de Beneficio 1 Planta de Beneficio 2

Diacutea de

tratamiento

Concentracioacuten As

en solucioacuten

(mgL-1)

Diacutea de

tratamiento

Concentracioacuten As

en solucioacuten

(mgL-1)

LMP(1) 010 LMP(1) 010

0 0140 0 0240

1 0113 1 0188

2 0055 3 0092

6 0043 8 0034

7 0030 13 0023 8 0024 14 0014

9 0011 15 0010

(1) Liacutemite Maacuteximo Permisible Anexo 1 Tabla 9 Liacutemites de Descarga a un Cuerpo de Agua Dulce TULSMA

Sin embargo se continuoacute con el proceso hasta alcanzar la

concentracioacuten miacutenima recomendada por la Organizacioacuten

Mundial de la Salud (10 ug L-1) valor que se lo alcanzoacute al

noveno diacutea de tratamiento con un porcentaje de remocioacuten del

921 y una mortalidad de las especies de pasto azul del 80

Por otro lado para la Planta de Beneficio 2 se partioacute de

concentracioacuten de As dos veces superior al liacutemite maacuteximo

permisible de 010 mgL-1 para el tercer diacutea de tratamiento ya

se obtuvieron concentraciones bajo el liacutemite que corresponden

al 63 de remocioacuten al igual que el tratamiento aplicado al

efluente de la planta de beneficio 1 se continuoacute con el mismo

hasta alcanzar una concentracioacuten de 001 mgL-1 de As

presente en la muestra de estudio este valor se obtuvo al

deacutecimo quinto diacutea lo que representa el 96 de remocioacuten con

un porcentaje de mortandad del 80

Al igual que con las muestras de agua de los cuerpos hiacutedricos

se realizoacute otro ensayo para los efluentes de plantas de

beneficio en el que se varioacute el tiempo de crecimiento de las

especies de pasto azul de 4 a 5 meses y se mantuvo el volumen

de 5000 mL de muestra cuyos resultados se presentan en las

Figuras 5 y 6

Para la Planta de Beneficio 1 se redujo el nuacutemero de especies

de 15 a 10 plantas de pasto azul con dimensiones promedio de

183 cm de raiacutez y 649 cm de hojas Bajo estos paraacutemetros se

alcanzoacute al primer diacutea de tratamiento una concentracioacuten de As

de 0076 mgL-1 valor inferior al liacutemite maacuteximo permisible y

para el octavo diacutea se alcanzoacute el 936 de remocioacuten con un

600 de mortalidad valores que se presentan en la Figura 5

Figura 5 Remocioacuten de As de efluentes liacutequidos de Planta de Beneficio 1 en funcioacuten del nuacutemero de plantas de pasto azul

Figura 6 Remocioacuten de As de efluentes liacutequidos de Planta de Beneficio 2 (PB2) variando dimensiones de planta y tiempo de crecimiento

De la Figura 5 se puede determinar que al trabajar con un

menor nuacutemero de especies se presenta la misma tendencia que

al emplear 15 plantas de pasto azul esto se debe a que el

sistema radicular de las especies del segundo tratamiento se

encontraba maacutes desarrollado lo que favorecioacute en el proceso de

absorcioacuten de As ya que al tener un xilema maacutes desarrollado

aumenta la capacidad hiperacumuladora de metales por las

plantas de acuerdo a lo sentildealado por Rascio amp Navari-Izzo

(2011)

Para la Planta de Beneficio 2 se consideroacute solo al tiempo de

crecimiento de las especies como paraacutemetro de variacioacuten en

este tratamiento se empleoacute 15 especies de pasto azul de 5

meses cuyas dimensiones promedio fueron de 127 cm de raiacutez

y 552 cm de hojas bajo estas condiciones al deacutecimo cuarto

diacutea se llegoacute a una concentracioacuten de 0019 mgL-1 que

representa el 92 de remocioacuten de As Estos resultados fueron

graficados en la Figura 6 conjuntamente con los datos del

Tratamiento 1 y se puede evidenciar que no existe una

variacioacuten significativa entre ellos a pesar de que el sistema

radicular de las especies del Tratamiento 2 eran inferiores sin

embargo permanecieron un mayor tiempo en contacto con

solucioacuten nutritiva

353 Variacioacuten de crecimiento de raiacutez y hojas de especies

pasto azul empleado en rizofiltracioacuten

A fin de determinar coacutemo afecta la absorcioacuten de As en el

crecimiento de las plantas empleadas en la rizofiltracioacuten se

procedioacute a medir la raiacutez y hojas antes y despueacutes del

tratamiento Los resultados se presentan en la Tabla 9

Tabla 9 Dimensiones de raiacutez y hojas de pasto azul

Muestra Parte Dimensiones (cm) Diacuteas

tratamiento

de

remocioacuten As Inicial Final

Riacuteo Siete Hojas 5327 5435

15 9715 Raiacutez 1147 1021

Riacuteo Chico Hojas 6260 6543

8 9740 Raiacutez 1273 1527

Planta de

Beneficio 1

Hojas 6547 6778 9 9214

Raiacutez 1213 1219

Planta de

Beneficio 2

Hojas 6270 6520 15 9600

Raiacutez 1480 880

000

002

004

006

008

010

012

014

0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10

Con

cen

trac

ioacuten

de

As

en s

olu

cioacuten

(mgL

-1)

Diacutea de Tratamiento

Rizofiltracioacuten 15 plantas 5 L Rizofiltracioacuten 10 plantas 5 LLiacutemite maacuteximo permisible

000

003

006

009

012

015

018

021

024

027

0 2 4 6 8 10 12 14 16

Con

cen

trac

ioacuten

n d

e A

s en

solu

cioacuten

(mgL

-1)

Diacuteas de tratamiento

Tratamiento 1_PB2 Tratamiento 2_PB2

Liacutemite maacuteximo permisible

Remocioacuten de Arseacutenico de Efluentes Liacutequidos de Plantas de Beneficio de Oro y Cuerpos Hiacutedricos de la Zona Minera de Ponce Enriacutequez por Rizofiltracioacuten con Pasto Azul (dactylis glomerata)

De los datos presentados se observa que a un mayor tiempo

de retencioacuten el sistema radicular decrece debido a que se ve

debilitado por el contacto con la solucioacuten sin embargo en los

tratamientos que duraron la mitad del tiempo de retencioacuten se

tiene un crecimiento de la raiacutez de las plantas empleadas esto

puede deberse a que hasta ese tiempo la planta asimila al As

como fosfato que es utilizado como nutriente es decir

estimuloacute la produccioacuten de biomasa de raiacuteces manteniendo

concordancia con lo descrito por Vaacutesquez et al (2009) en su

ensayo con plantas de soja en soluciones de arseniato

Ademaacutes se observa que las dimensiones de las hojas de las

especies incrementa esto debido a que el As no afectoacute el

crecimiento de la planta ya que las concentraciones a las que

fueron expuestas son bajas entre 012 y 027 mgL-1

manteniendo concordancia con lo descrito por Machlis (1945)

quien que sentildeala que concentraciones de As de hasta 05 a

06 mgL-1 no suprimen el crecimiento de las plantas

354 Anaacutelisis de As en raiacutez y hojas de plantas de pasto azul

empleado en rizofiltracioacuten

A fin de determinar la cantidad de As retenido por las especies

de pasto azul que fueron empleadas en los diferentes

tratamientos de rizofiltracioacuten se procedioacute a tomar una muestra

de 3 plantas representativas con la raiacutez maacutes abundante y un

promedio de longitud de 13 cm las cuales fueron sometidas a

una disgregacioacuten aacutecida conforme al numeral 233 y

posteriormente se analizoacute la concentracioacuten de As tanto en raiacutez

como hojas mediante ICP-OES

Dushenkov et al (1995) y Del Toro et al (2013) en sus

estudios sentildealaron que la mayoriacutea de las plantas retienen gran

parte de la carga de plomo y As respectivamente en la raiacutez y

una pequentildea fraccioacuten se transporta preferentemente a las hojas

donde es secuestrada y acumulada en la vacuola celular esto

corrobora los datos presentados en la Tabla 10 en los cuales

se puede observar que en promedio maacutes del 768 del

metaloide de intereacutes se retuvo en el sistema radicular y hasta

un 231 en las hojas debido a que el As se inmovilizo en el

sistema radicular de la planta

Por otro lado tambieacuten se analizoacute una muestra de plantas que

no se sometieron a tratamiento de rizofiltracioacuten cuyos

resultados sirvieron para compararlos con las especies

aplicadas en las muestras de agua de los riacuteos asiacute como en las

descargas liacutequidas de las Plantas de Beneficio obteniendo que

los valores maacuteximos superan 10 y 15 veces al valor obtenido

en el blanco ademaacutes las plantas que estuvieron expuestas a las

mayores concentraciones de As (0240 y 0270 mgL-1)

presentaron los valores maacutes altos es decir la absorcioacuten de As

fue directamente proporcional a la concentracioacuten inicial del

metaloide

Tabla 10 Concentracioacuten de As en raiacutez y hojas de pasto azul empleadas en

rizofiltracioacuten

MUESTRA As (mgg-1) As

Raiacutez Hojas Raiacutez Hojas

BLANCO 0109 0019 852 148 RIO CHICO 1069 0360 748 252

RIO SIETE 0220 0082 728 272

PLANTA DE BENEFICIO 1 1624 0248 868 132 PLANTA DE BENEFICIO 2 0127 0047 731 269

Tabla 11 Anaacutelisis de Varianza de resultados de absorcioacuten de As con

diferentes tipos de muestras FV SC gl CM F p

Modelo 006 7 001 185 01 Muestra de tratamiento 006 7 001 185 01

Error 026 59 0 Total 031 66

SC=Suma de cuadrados F=valor estadiacutestico de distribucioacuten de Snedecor

p=valor estadiacutestico para aceptar o rechazar una hipoacutetesis

gL=grados de libertad CM=Media cuadraacutetica

Por otra parte la mayor acumulacioacuten de As en la raiacutez puede

deberse a factores internos de tolerancia de la planta como los

exudados radiculares que estaacuten formados por aacutecidos orgaacutenicos

que permiten la tolerancia de metales en el sistema radical que

pueden influenciar de manera directa en la solubilidad de

elementos ya sean esenciales o no a traveacutes de la acidificacioacuten

quelacioacuten precipitacioacuten y procesos de oacutexidondashreduccioacuten en la

rizoacutesfera y de forma indirecta mediante efectos en la actividad

microbiana en las propiedades fiacutesicas de la rizoacutesfera y en la

dinaacutemica de crecimiento de la raiacutez esto de acuerdo a lo

sentildealado por Gonzales y Zapata (2008) y lo verificado por

Dushenkov et al (1995) en su estudio empleando pasto para

remover plomo

36 Anaacutelisis estadiacutesticos de resultados de tratamiento de

rizofiltracioacuten

Los datos obtenidos referentes a la absorcioacuten de As de las 4

muestras empleadas en el estudio fueron analizados por el

meacutetodo ANOVA utilizando el sistema INFOSTATL a fin de

determinar si existe varianza significativa o no entre los

resultados de absorcioacuten de As de muestras de agua de 2 riacuteos y

2 efluentes de plantas de beneficio de la zona minera de

Camilo Ponce Enriacutequez hasta alcanzar valores inferiores al

liacutemite maacuteximo permisible cuyos resultados se presentan en la

siguiente Tabla

De las Tablas 11 y 12 se determina que el valor obtenido de p

es mayor que el 50 lo que significa que los resultados no

son significativamente diferentes entre siacute ya que se encuentran

dentro del mismo rango por lo que el tratamiento de

rizofiltracioacuten para muestras de agua que se encuentran sobre

los liacutemites maacuteximos permisibles establecidos por la normativa

ambiental son aplicables tanto para agua de cuerpos hiacutedricos

asiacute como para efluentes liacutequidos de plantas de beneficio

Ademaacutes todos los resultados presentan medias similares por

lo que se ubican en un mismo rango reforzando la hipoacutetesis

de que el tratamiento es aplicable a diferentes muestras de

agua

Tabla 12 Test de Tukey 5

Muestra de Tratamiento Medias n EE Rango

Rio Siete A 003 12 002 A

Rio Siete B 004 6 003 A

PLANTA DE BENEFICIO 1 A 006 8 002 A PLANTA DE BENEFICIO 1 B 006 7 002 A

PLANTA DE BENEFICIO 2 B 006 11 002 A

PLANTA DE BENEFICIO 2 A 007 10 002 A Rio Chico A 011 7 002 A

Rio Chico B 013 6 003 A

n=nuacutemero de muestras EE=error estaacutendar

Remocioacuten de Arseacutenico de Efluentes Liacutequidos de Plantas de Beneficio de Oro y Cuerpos Hiacutedricos de la Zona Minera de Ponce Enriacutequez por Rizofiltracioacuten con Pasto Azul (dactylis glomerata)

37 Anaacutelisis de resultados de implementacioacuten de ensayo a

escala piloto y propuesta de humedal para depuracioacuten

de efluentes liacutequidos

A fin de que el proceso de estudio sea aplicable como una

alternativa de tratamiento de efluentes liacutequidos de la industria

minera se consideroacute su aplicacioacuten en humedales artificiales

con pasto azul Para este proceso se emplearon 15 plantas en

cada humedal con 6 meses de crecimiento y dimensiones

promedio de 284 cm (raiacutez) y 660 cm (hojas) en el primer

humedal y 257 cm (raiacutez) y 594 cm (hojas) para el segundo

humedal las mismas que previamente se desarrollaron de

manera hidropoacutenica y fueron trasplantadas a los humedales

donde se adaptaron por 5 diacuteas (Seccioacuten 24)

Considerando que en los resultados de seccioacuten 36 se observa

que al segundo diacutea de tratamiento ya se obtienen valores de As

bajo el liacutemite maacuteximo permisible establecido en la normativa

ambiental para este estudio se consideroacute un tiempo de

retencioacuten de 48 horas previo a la descarga del efluente liacutequido

cuyos resultados se presentan en la Tabla 13

De los resultados se puede establecer que a las 48 horas se

logra obtener concentraciones de As bajo el liacutemite maacuteximo

permisible establecido por la normativa ambiental de

01 mgL-1 lo que corresponde al 98 y 95 de remocioacuten

del metaloide de los efluentes de las plantas de beneficio 1 y

2 respectivamente conforme se observoacute en los numerales

anteriores eacuteste porcentaje de remocioacuten se lo alcanza al seacuteptimo

o deacutecimo quinto diacutea de tratamiento sin embargo al combinar

la capacidad de absorcioacuten de As del pasto azul con el sustrato

empleado permiten incrementar la eficiencia del tratamiento

en un menor tiempo de aplicacioacuten

Otte amp Jacob (2006) sentildealan que existe una eficiencia del 65

para la remocioacuten de As empleando humedales artificiales

valor que confirma los datos obtenidos en la Tabla 13 Ademaacutes

se puede verificar que a menor concentracioacuten inicial se obtiene

una mayor remocioacuten del metaloide con una mortalidad del

10 debido a la capacidad de adaptacioacuten del pasto azul por

tanto pueden ser empleadas en varios procesos de

remediacioacuten sin embargo deberaacuten ser puestas en contacto con

solucioacuten nutritiva a fin de que las mismas se regeneren

Por otra parte con estos resultados se realizoacute la propuesta de

disentildeo de un humedal artificial para el tratamiento de efluentes

liacutequidos de plantas de beneficio a fin de disminuir la

concentracioacuten de As hasta niveles bajo el liacutemite maacuteximo

permisible para descargas liacutequidas a cuerpos hiacutedricos

Se considera un humedal artificial de flujo subsuperficial

vertical con comportamiento de un reactor de flujo ideal en

pistoacuten y modelo cineacutetico de remocioacuten de As de primer orden

(Culqui 2015)

Tabla 13 Remocioacuten de As en humedales artificiales con pasto azul

Tipo de muestra As (mgL-1) Remocioacuten

de As Inicial Final

Planta de Beneficio 1 014 0005 980

Planta de Beneficio 2 024 0013 950

(1) Liacutemite Maacuteximo Permisible Anexo 1 Tabla 9 Liacutemites de Descarga a un Cuerpo de Agua Dulce TULSMA

Tabla 14 Dimensionamiento de un humedal artificial Paraacutemetro Descripcioacuten Unidad Valor

Consideraciones

H(1) Altura Humedal m 060

Q Caudal entrada Ldiacutea-1 288000 Co Concentracioacuten Inicial As mgL-1 024

Cf Concentracioacuten Final de As mgL-1 0015

k Constante cineacutetica diacutea-1 -138 Ɛ(2) Porosidad del material 038

Dimensiones

As Aacuterea superficial total m2 2526

W Ancho m 410 L Largo m 616

t Tiempo de retencioacuten hidraacuteulico diacutea 2

n Nuacutemero de celdas 2

(1) Luna amp Castantildeeda 2014 (2) Saacutenchez 2010

Las dimensiones del humedal propuesto para el tratamiento se

presentan en la Tabla 14 donde se consideroacute una planta de

beneficio de pequentildea mineriacutea que descarga 010 Lseg-1 que

corresponderiacutea al caudal miacutenimo de entrada al humedal con

estos datos se establecioacute que se requiere un aacuterea superficial de

2526 m2 con dimensiones de 410 m de ancho 616 m de

largo y 060 m de profundidad Con un tiempo de retencioacuten de

2 diacuteas para alcanzar la remocioacuten de As hasta valores bajo la

norma ambiental aplicable

Para tratar mayores caudales de efluentes en los humedales

artificiales se deberiacutean emplear aacutereas maacutes extensas mayor

tiempo de retencioacuten y mayor nuacutemero de plantas por ellos se

podriacutean establecer varios humedales en paralelo

4 CONCLUSIONES

Para la ejecucioacuten del presente estudio se contemplaron los tres

principales distritos mineros de pequentildea mineriacutea del Ecuador

determinando que los cuerpos hiacutedricos de Camilo Ponce

Enriacutequez en promedio superaban 20 veces el liacutemite maacuteximo

permisible de As establecido en la Tabla 2 Criterio de Calidad

Admisible para la preservacioacuten de la vida acuaacutetica y silvestre

en agua dulce marinas y de estuario del Anexo del Texto

Unificado de Legislacioacuten Secundaria del Ministerio del

Ambiente las altas concentraciones de As puede deberse a la

geologiacutea de la zona asiacute como a las ineficientes teacutecnicas de

explotacioacuten y procesamiento del mineral por parte de los

mineros artesanales y pequentildeos mineros

Las plantas que presentan mejores caracteriacutesticas para la

absorcioacuten de As en solucioacuten son el jacinto de agua pasto azul

y helecho acuaacutetico miniatura De estas el pasto azul presentoacute

el 96 de remocioacuten de As con un 473 de mortalidad y 28

de marchitamiento para soluciones con una concentracioacuten de

0154 mgL-1 del metaloide en referencia por lo que se

seleccionoacute esta especie como la maacutes resistente para los

tratamientos de rizofiltracioacuten

El tratamiento de rizofiltracioacuten con pasto azul aplicado a

muestras de agua tanto de cuerpos hiacutedricos como efluentes

liacutequidos de plantas de beneficio de la zona minera de Camilo

Ponce Enriacutequez que presentaban concentraciones de As entre

0120 y 0270 mgL-1 permite obtener maacutes del 90 de

remocioacuten de As llegando a concentraciones inferiores al

liacutemite maacuteximo permisible tanto el establecido por la normativa

ambiental ecuatoriana asiacute como por la Organizacioacuten Mundial

Remocioacuten de Arseacutenico de Efluentes Liacutequidos de Plantas de Beneficio de Oro y Cuerpos Hiacutedricos de la Zona Minera de Ponce Enriacutequez por Rizofiltracioacuten con Pasto Azul (dactylis glomerata)

de la Salud por lo que se puede establecer que el tratamiento

de rizofiltracioacuten es aplicable a muestras reales que contienen

varios metales disueltos con resultados similares a los

alcanzados empleando soluciones sinteacuteticas de un metal en

especiacutefico es decir que los otros metales no inhibieron la

capacidad del pasto azul para absorber As

Las plantas de pasto azul con mayores dimensiones de su

sistema radicular presentan los porcentajes de remocioacuten de As

superiores como se evidencia en las muestras del riacuteo Chico y

Planta de Beneficio 2 de 974 y 96 respectivamente es

decir la remocioacuten del contaminante incrementa con el tamantildeo

de la raiacutez

Las plantas de pasto azul empleadas en el tratamiento de

rizofiltracioacuten presentaron un incremento de longitud de raiacuteces

y hojas de 219 cm en promedio lo que indica que las

concentraciones de As a las que estuvieron expuestas no

inhibieron el desarrollo de las mismas por lo que una vez

finalizado el tratamiento eacutestas pueden ser regeneradas en

contacto con solucioacuten nutritiva

Maacutes del 70 del As contenido en las especies usadas para el

tratamiento de rizofiltracioacuten se acula en el sistema radicular

esto debido tanto a la retencioacuten del metaloide en la pared

celular como a la complejacioacuten de las fitoquelatinas en la

vacuola celular de la planta

El tratamiento de rizofiltracioacuten en un humedal artificial

incrementa su eficiencia debido a la interaccioacuten que existe

entre las raiacuteces y el sustrato lo que permite que al segundo diacutea

se alcance el 95 de remocioacuten de As del efluente liacutequido

industrial llegando a valores inferiores al liacutemite maacuteximo

permisible de 01 mgL-1 establecido por la normativa

ambiental ecuatoriana concentracioacuten a la cual es permitida su

descarga a un cuerpo hiacutedrico

Un humedal artificial de flujo subsuperficial vertical con

plantas enraizadas de un aacuterea superficial de 2526 m2 (410 m

de ancho por 616 m de largo) con un tiempo de retencioacuten de

2 diacuteas puede ser empleado para tratar efluentes liacutequidos

industriales con porcentajes de remocioacuten de As superiores al

95 para una capacidad de 2880 Ldiacutea-1

Una vez finalizado el tratamiento de rizofiltracioacuten las plantas

empleadas para la absorcioacuten de metales deben ser gestionadas

como un desecho peligroso debido a su alta concentracioacuten de

metales por lo que se recomienda que las mismas sean

incineradas previo a su disposicioacuten final ya sean en celdas de

seguridad o reutilizarlas como fuente para recuperar los

metales

5 AGRADECIMIENTO

Los autores muestran su agradecimiento al Departamento de

Metalurgia Extractiva (DEMEX) de la Escuela Politeacutecnica

Nacional por el financiamiento de la presente investigacioacuten

mediante los fondos del proyecto PII-DEMEX-001-2019

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Remocioacuten de Arseacutenico de Efluentes Liacutequidos de Plantas de Beneficio de Oro y Cuerpos Hiacutedricos de la Zona Minera de Ponce Enriacutequez por Rizofiltracioacuten con Pasto Azul (dactylis glomerata)

Las especies seleccionadas fueron separadas en tres grupos de

10 plantas y cada una de ellas se colocoacute en contacto con

400 mL de soluciones sinteacuteticas de As de 0154 mgL-1

0375 mgL-1 y 0847 mgL-1 durante 15 diacuteas Durante este

periodo se llevoacute un registro del pH de las soluciones asiacute como

del marchitamiento mortalidad y coloracioacuten de las plantas

Los diacuteas 1 2 3 6 7 8 9 y 15 del ensayo se tomaron aliacutecuotas

de 10 mL para el anaacutelisis de la concentracioacuten de As en el ICP-

OES Se determinoacute el porcentaje de absorcioacuten del metal

pesado por las plantas con base en la diferencia entre la

concentracioacuten inicial y final de este metaloide en solucioacuten

ademaacutes se consideroacute la peacuterdida de volumen de muestra debido

a la evaporacioacuten y absorcioacuten propia de las plantas

En funcioacuten de los resultados obtenidos se seleccionoacute la especie

que presentoacute el mayor porcentaje de absorcioacuten de As en

soluciones sinteacuteticas para su posterior aplicacioacuten en ensayos

de depuracioacuten de aguas de riacuteo y efluentes de la zona de Camilo

Ponce Enriacutequez

222 Desarrollo de cultivos hidropoacutenicos de pasto azul

(dactylis glomerata)

Se implementaron semilleros hidropoacutenicos empleando como

sustrato espuma de poliuretano en cubos de 25 cm por arista

Cada cubo se humedecioacute con agua destilada previo a colocar

3 a 4 semillas de pasto azul (dactylis glomerata) con el fin de

facilitar la germinacioacuten (Quishpe 2010)

Los cubos con las semillas se colocaron en recipientes

(semilleros) que se cubrieron con agua destilada y se dejaron

reposar por 24 horas para que el sustrato capte toda la

humedad necesaria para favorecer la germinacioacuten

Transcurrido ese periodo se evacuoacute el exceso de agua para que

prosiga el proceso Durante esta etapa se realizoacute una

depuracioacuten de las plaacutentulas que no germinaron

Las primeras plaacutentulas germinadas fueron trasladadas a

bandejas con solucioacuten nutritiva que provee los nutrientes

necesarios para su adecuado desarrollo (INTAGRI 2017)

Esta solucioacuten fue elaborada a partir de macronutrientes como

fosfato di aacutecido de potasio (KH2PO4) nitrato de potasio

(KNO3) nitrato de calcio tetra hidratado [Ca(NO3)24H2O]

sulfato de magnesio hepta hidratado (MgSO47H2O) y

micronutrientes como EDTA de hierro (Fe) sulfato

manganoso hidratado (MnSO4 H2O) aacutecido boacuterico (H3BO3)

sulfato cuacuteprico penta hidratado (CuSO45H2O) molibdato de

amonio tetra hidratado [(NH4)6Mo7O24H2O] sulfato de zinc

hepta hidratado (ZnSO47H2O) cuya composicioacuten se presenta

en la Ficha Teacutecnica III Las plaacutentulas permanecen en las

bandejas hasta alcanzar una longitud de 10 a 12 cm

Las plantas ya desarrolladas fueron trasladas a un sistema

hidropoacutenico vertical NFT (Nutrient Film Technique) que estaacute

compuesto de a) Canales para cultivo hidropoacutenico (tubos PVC

de 3 m de largo y 01 m de diaacutemetro) b) Estructura de madera

(1 m de base 24 de largo y 21 de alto) y c) Sistema de

bombeo y alimentacioacuten (red de distribucioacuten bomba y tanque

de alimentacioacuten) conforme a la Figura 1 Ademaacutes en los

canales para el cultivo hidropoacutenico las plantas se colocaron

con una separacioacuten de 5 cm entre cada una de ellas

Figura 1 Esquema sistema hidropoacutenico vertical NFT

(Nutrient Film Technique)

Durante el proceso de crecimiento de las plantas de pasto azul

se controloacute su longitud la presencia de plagas y la mortalidad

de las mismas Las plantas permanecieron de 4 a 5 meses

dentro de este sistema hasta que presentaron longitudes

promedio de 60 cm en hojas y 12 cm en raiacutez previo a ser

empleadas en el tratamiento de rizofiltracioacuten de las muestras

de efluentes y cuerpos hiacutedricos (Barreto 2019)

23 Remocioacuten de As de efluentes liacutequidos de plantas de

beneficio y cuerpos hiacutedricos por rizofiltracioacuten con pasto

azul a escala laboratorio

Las muestras de efluentes liacutequidos de dos plantas de beneficio

y dos cuerpos hiacutedricos del distrito minero de Camilo Ponce

Enriacutequez que presentaron concentraciones de As superiores a

los liacutemites maacuteximos permisibles establecidos en la normativa

ambiental se trataron por rizofiltracioacuten con pasto azul

desarrollado por medios hidropoacutenicos (4 y 5 meses)

Para la depuracioacuten de los efluentes y el agua de los cuerpos

hiacutedricos a escala laboratorio se emplearon en cada caso

5000 mL de muestra que se colocaron en contacto con plantas

de pasto azul de 4 meses de crecimiento a las cuales se les

midioacute previamente la longitud de la raiacutez y las hojas conforme

a la Figura 2

Durante el tratamiento con una periodicidad de 48 horas se

tomaron aliacutecuotas de 30 mL de muestras de efluentes y aguas

para determinar la concentracioacuten de As remanente en las

soluciones empleando ICP-OES

El proceso de depuracioacuten de As por rizofiltracioacuten para los

efluentes de las plantas de beneficio de oro finalizoacute una vez

que la solucioacuten residual alcanzoacute concentraciones menores a

01 mgL-1 y 005 mg L-1 para las aguas de los cuerpos

hiacutedricos En ambos casos los porcentajes de remocioacuten del

metaloide fueron superiores al 90

Se realizoacute otro ensayo de rizofiltracioacuten para ello se incrementoacute

el tiempo de crecimiento de las especies de pasto azul de 4 a 5

meses a fin de determinar coacutemo variacutea este paraacutemetro en la

absorcioacuten de As y se procedioacute con el tratamiento antes

detallado Para este tratamiento se redujo el nuacutemero de plantas

a 10 especies y se empleoacute 3000 mL de muestra de agua para

cuerpos hiacutedricos y 5000 mL para efluentes liacutequidos de plantas

de beneficio

Remocioacuten de Arseacutenico de Efluentes Liacutequidos de Plantas de Beneficio de Oro y Cuerpos Hiacutedricos de la Zona Minera de Ponce Enriacutequez por Rizofiltracioacuten con Pasto Azul (dactylis glomerata)

Figura 2 Tratamiento de rizofiltracioacuten con pasto azul (dactylis glomerata)

Durante todos los ensayos a escala laboratorio se determinaron

porcentajes de mortalidad marchitamiento y tamantildeo de hojas

con el fin de establecer el grado de afectacioacuten de la absorcioacuten

de As en el desarrollo de la planta y su eficiencia en el

tratamiento

Una vez finalizados los diferentes tratamientos por

rizofiltracioacuten con pasto azul se determinoacute la concentracioacuten de

As presente en las hojas y la raiacutez de las plantas empleadas

durante el proceso Con este fin las plantas se secaron a

temperatura ambiente por dos semanas y se llevaron

separadamente a disgregacioacuten con aacutecido niacutetrico (65) Las

soluciones obtenidas se llevaron a anaacutelisis de la concentracioacuten

de As en ICP-OES Esto con el fin de determinar en queacute

seccioacuten de la planta se alojaba la mayor cantidad del metaloide

Con todos los datos obtenidos se realizoacute un anaacutelisis estadiacutestico

del comportamiento de cada ensayo para ello se aplicaraacute el

meacutetodo de varianza global (ADEVA o ANOVA)

24 Remocioacuten de As de efluentes liacutequidos de plantas de

beneficio por rizofiltracioacuten con pasto azul a escala piloto

Para la aplicacioacuten del tratamiento de depuracioacuten por

rizofiltracioacuten a escala piloto se instaloacute un sistema de

humedales artificiales de 20 L por diacutea de capacidad El

esquema de la instalacioacuten piloto se ilustra en la Figura 3 y fue

desarrollado de acuerdo a lo sugerido por Guanoluisa (2012)

El sistema estuvo compuesto por una estructura metaacutelica de

acero al carbono recubierto con pintura anticorrosiva con una

pendiente de 007 m que conteniacutea 2 recipientes tipo caja de

polipropileno comercial con sustrato inerte (34 cm de altura)

Dicho sustrato tuvo una primera capa de 9 cm de grava (2 a

4 cm) seguido de 9 cm de grava (lt 2 cm) y finalmente 16 cm

de una mezcla de grava y piedra poacutemez (lt 2 cm)

El sustrato fue lavado y desinfectado previamente con una

solucioacuten de cloro y se dejoacute secar al ambiente durante 1 diacutea En

eacuteste se colocaron 15 plantas de pasto azul de 6 meses de

crecimiento hidropoacutenico Se registroacute la longitud de la raiacutez y

hojas se adicionoacute solucioacuten nutritiva la misma que fue

recirculada por 5 diacuteas En este periodo de tiempo las plantas se

acondicionaron para tratamiento posterior

Figura 3 Esquema de humedales artificiales con pasto azul

(Modificado de Guanoluisa 2012)

Para la depuracioacuten por rizofiltracioacuten se emplearon 5 L de

efluentes liacutequidos de planta de beneficio de oro La

caracterizacioacuten de cada muestra se realizoacute conforme al

numeral 213 La muestra se colocoacute en el tanque de

alimentacioacuten desde el cual se bombeoacute hacia el humedal

superior (humedal 1) una vez terminado el bombeo se dejoacute en

contacto con las plantas durante 24 horas posterior a ello se

descargoacute la solucioacuten al segundo humedal (humedal 2) en el

cual se tuvo un tiempo de retencioacuten de 24 horas

Al finalizar el tiempo de tratamiento de cada efluente se

tomaron muestras de 30 mL de las soluciones de salida del

humedal 2 para el respectivo anaacutelisis del contenido de As

residual por medio del equipo ICP-OES Con los resultados

obtenidos se estableceraacute el porcentaje de absorcioacuten del

metaloide y la eficiencia de depuracioacuten del proceso

3 RESULTADOS Y DISCUSIOacuteN

Con base en los resultados del monitoreo de cuerpos hiacutedricos

realizado en los tres distritos mineros del sur del Ecuador se

seleccionoacute como zona de estudio el distrito de Camilo Ponce

Enriacutequez ya que presentaba las mayores concentraciones de

As seguacuten los estudios mencionados en la Seccioacuten 211

Con estos antecedentes se identificaron a los riacuteos Siete y Chico

como los cuerpos hiacutedricos a emplear en el presente trabajo

pues ambos superaban en promedio 20 veces el liacutemite maacuteximo

permisible establecido en la Tabla 2 del Anexo del Texto

Unificado de Legislacioacuten Secundaria del Ministerio del

Ambiente conforme se presenta en la Tabla 2

Tabla 2 Resultados de monitoreo de calidad de agua en cuerpos hiacutedricos del

Distrito Minero de Camilo Ponce Enriacutequez

Cuerpo Hiacutedrico

Concentracioacuten de As (mgL-1)

PRODEMINCA

1998

INIGEMM

2014

Appleton et al

2001

Riacuteo Siete 0785 0893 047

Riacuteo Chico 282 0051 ---

LMP(1) 005

(1) Liacutemite Maacuteximo Permisible Anexo 1 Tabla 2 Criterio de Calidad

Admisible para la preservacioacuten de la vida acuaacutetica y silvestre en agua dulce marinas y de estuario TULSMA

Remocioacuten de Arseacutenico de Efluentes Liacutequidos de Plantas de Beneficio de Oro y Cuerpos Hiacutedricos de la Zona Minera de Ponce Enriacutequez por Rizofiltracioacuten con Pasto Azul (dactylis glomerata)

Adicionalmente para la seleccioacuten de la zona de estudio se

consideroacute la informacioacuten del Catastro Minero (ARCOM

2019) se determinoacute que en el distrito Camilo Ponce Enriacutequez

se ubican 25 concesiones mineras y 38 plantas de beneficio de

las cuales maacutes del 95 no estaacuten regularizados ambientalmente

para la ejecucioacuten de sus labores mineras por lo que estas no

cuentan con las medidas ambientales necesarias para cumplir

con los requerimientos establecidos por la Maacutexima Autoridad

Ambiental en la gestioacuten de sus descargas Esta situacioacuten

afecta a la calidad de los cuerpos hiacutedricos que se ubican cerca

de estas actividades los mismos que aguas abajo son utilizados

para consumo humano y riego

Por esta razoacuten se identificaron dos plantas de beneficio

ubicadas en la zona de influencia de los cuerpos hiacutedricos

seleccionados cuyos efluentes liacutequidos presentaron

concentraciones de As superiores a 01 mgL-1 que

corresponde al liacutemite maacuteximo permisible establecido en el

Anexo 1 Tabla 9 (Ministerio del Ambiente 2015)

31 Georreferenciacioacuten de las muestras empleadas

Una vez seleccionados los dos riacuteos y las dos plantas de

beneficio se georreferenciaron los puntos objeto de estudio

para lo que se tomaron las coordenadas de cada uno de ellos

en el sistema WGS 84 ndash 17 Sur que se detalla en la Tabla 3

Se debe sentildealar que existe una distancia aproximada de 6 Km

en liacutenea recta desde el punto de muestreo del cuerpo hiacutedrico y

la planta de beneficio que se ubica sobre el mismo es decir

que el efluente liacutequido con el que se trabajaraacute contribuye con

carga contaminante al cuerpo hiacutedrico de estudio por lo que es

importante la aplicacioacuten de sistemas de tratamiento previo a su

descarga

32 Caracterizacioacuten de las muestras de cuerpos hiacutedricos y

efluentes de plantas de beneficio de oro

Una vez identificados los puntos de estudio se procedioacute con

un muestreo puntual de agua en cada uno de ellos para lo cual

se siguioacute los lineamientos de la Norma Teacutecnica INEN 2176

(Seccioacuten 212) Las muestras fueron caracterizadas a fin de

determinar la concentracioacuten inicial de metales como Cu Cd

Pb Fe Zn Hg y As ademaacutes se midioacute el pH factor importante

al momento de la remocioacuten del metal pesado de intereacutes

durante el proceso de rizofiltracioacuten los resultados se presentan

en la Tabla 4

Las muestras de agua superficial tomadas en los dos cuerpos

hiacutedricos y las dos muestras de efluentes liacutequidos de plantas de

beneficio presentan valores de As sobre los liacutemites maacuteximos

permisibles establecidos en la normativa ambiental

ecuatoriana manteniendo concordancia con los datos

presentados en la Tabla 2 del presente documento

Tabla 3 Coordenadas de los cuatro puntos de muestreo

Muestra Nomenclatura Coordenadas WGS 84-17S

Norte Este

Riacuteo Siete RS 636474 9661446 Riacuteo Chico CH 644996 9668296

Planta de beneficio 1 PB1 642260 9657706

Planta de beneficio 2 PB2 651264 9665731

Tabla 4 Caracterizacioacuten de muestras de cuerpos hiacutedricos y plantas de

beneficio

Paraacutemetro

analizadoss

Muestra

Riacuteo

Siete(1)

Riacuteo

Chico(1)

Planta de

Beneficio 1(2)

Planta de

Beneficio 2(2)

pH 780 835 787 840

Metales

(mgL-1)

As 012 027 014 024

Cu 001 001 028 533 Fe 002 lt001 009 010

Pb 008 002 003 001

Zn 001 lt001 002 002 Cd lt001 lt001 001 lt001

Hg 00002 00003 00004 00001

(1) Liacutemite Maacuteximo Permisible Anexo 1 Tabla 2 TULSMA (2) Liacutemite Maacuteximo Permisible Anexo 1 Tabla 9 TULSMA

La concentracioacuten de As del riacuteo Chico supera 5 veces al liacutemite

maacuteximo permisible establecido por la Autoridad Ambiental

Nacional siendo eacuteste el valor maacutes alto de las 4 muestras

analizadas Esto puede deberse a que en su parte superior

recibe una considerable aporte de la contaminacioacuten de las

actividades mineras de la zona de San Gerardo conforme a lo

sentildealado por PRODEMINCA (1998) donde se destaca que en

las descargas de efluentes el principal elemento presente es el

As un ejemplo de ello es la planta de beneficio 2 cuya

concentracioacuten de As es 024 mgL-1 que representa maacutes del

doble del liacutemite permisible que corresponde a 01 mg L-1

afectando la capacidad de autodepuracioacuten del cuerpo hiacutedrico

esta actividad se desarrolla a 6 Km del punto de toma de

muestra del riacuteo en referencia

33 Seleccioacuten de especie con mayor capacidad de absorcioacuten

de As en medio acuoso

Para la seleccioacuten de la especie maacutes adecuada para la remocioacuten

de As a traveacutes de rizofiltracioacuten se partioacute de los resultados

previos obtenidos por Barreto (2019) en los cuales se

consideraron 16 especies iniciales entre terrestres y acuaacuteticas

las mismas que fueron puestas por 48 horas en contacto con

una solucioacuten sinteacutetica de 45 mgL-1 de As a fin de determinar

la que presentaba mayor remocioacuten de eacuteste metaloide

En funcioacuten de los resultados obtenidos por Barreto (2019) se

seleccionaron tres especies dos acuaacuteticas (jacinto de agua y

helecho acuaacutetico miniatura) y una terrestre (pasto azul) que

fueron desarrollados por medios hidropoacutenicos y puestas en

contacto con soluciones sinteacuteticas de As de concentraciones de

0154 mgL-1 0375 mgL-1 y 0847 mgL-1 por 15 diacuteas

obteniendo los siguientes resultados

Se determinoacute que el jacinto de agua remueve el mayor

porcentaje de As de soluciones sinteacuteticas obteniendo un valor

maacuteximo de 98 al estar en contacto con una solucioacuten sinteacutetica

de 0154 mgL-1 de As sin embargo su tasa de mortalidad y

marchitamiento fue 76 y 78 respectivamente en cambio el

pasto azul para la misma concentracioacuten de As removioacute el 96

del metaloide con una mortalidad del 437 y 28 de

marchitamiento por lo que esta especie tuvo la mejor

adaptabilidad ya que no se vio afectado su desarrollo Esto

concuerda con los sentildealado por Raskyn et al (1997) respecto

a que las especies terrestres desarrolladas en medios

hidropoacutenicos son maacutes aptas para la remocioacuten de metales

pesados presentes en solucioacuten

Remocioacuten de Arseacutenico de Efluentes Liacutequidos de Plantas de Beneficio de Oro y Cuerpos Hiacutedricos de la Zona Minera de Ponce Enriacutequez por Rizofiltracioacuten con Pasto Azul (dactylis glomerata)

Tabla 5 Evaluacioacuten de remocioacuten de As de soluciones sinteacuteticas

Especie Remocioacuten As () Mortalidad

()

Marchita

() T-1(1) T-2(2) T-3(3

Jacinto agua 980 580 640 760 780

Pasto azul 960 570 700 473 280 Helecho 840 440 430 100 100

(1) T-1 Solucioacuten sinteacutetica 0154 mgL-1

(2) T-2 Solucioacuten sinteacutetica 0375 mgL-1 (3) T-3 Solucioacuten sinteacutetica 0847 mgL-1

Dushenkov et al (1995) sentildeala que las raiacuteces de las plantas

terrestres tienen una capacidad intriacutenseca para absorber y

precipitar metales pesados de soluciones y que los pastos

tienen la propiedad de regenerar su raiacutez siendo esto

beneficioso para emplearlos en procesos de rizofiltracioacuten Bajo

estos criterios se seleccionoacute a la especie de pasto azul como la

de mejores caracteriacutesticas para la aplicacioacuten del tratamiento de

rizofiltracioacuten en muestras de cuerpos hiacutedricos y efluentes

liacutequidos de plantas de beneficio con concentraciones de As

superiores a los liacutemites maacuteximos permisibles

34 Desarrollo de cultivos hidropoacutenicos de pasto azul

(dactylis glomerata)

Para el desarrollo de cultivos hidropoacutenicos de pasto azul se

emplearon 276 cubos de sustrato en los cuales se colocaron de

3 a 5 semillas de acuerdo a la metodologiacutea descrita en la

Seccioacuten 222 En eacutesta fase se obtuvo un 640 de germinacioacuten

a los 11 diacuteas de proceso Al final de este periodo las plaacutentulas

presentaron un promedio de crecimiento de 188 cm

Las semillas germinadas fueron colocadas en bandejas con

solucioacuten nutritiva de las cuales el 760 alcanzaron una

longitud de entre 10 a 12 cm posterior a ello se trasladaron al

sistema hidropoacutenico vertical NFT en esta etapa

permanecieron de 4 a 5 meses previo a ser empleadas en el

tratamiento de rizofiltracioacuten para lo cual alcanzaron

longitudes promedio de 60 cm en hojas y 12 cm en raiacutez

(Seccioacuten 222)

Durante el crecimiento de las plantas se controloacute la presencia

de plagas y mortalidad de las mismas para contrarrestar la

plaga de pulgoacuten verde que sufrieron al tercer mes de

crecimiento se empleoacute una insecticida natural que conteniacutea

ajo y agua (relacioacuten 19) con ello se eliminoacute el 80 de la plaga

en el plazo de 24 horas Adicionalmente se repitioacute el proceso

cada 2 diacuteas hasta obtener el 100 de depuracioacuten

Semanalmente se limpiaron las hojas marchitas de las plantas

a fin de que eacutestas se regeneren

35 Resultados de remocioacuten de As por rizofiltracioacuten

empleando pasto azul a escala laboratorio

351 Remocioacuten de As de muestras de agua superficial de

dos cuerpos hiacutedricos

Con base en los resultados de la caracterizacioacuten de las

muestras de agua superficial de los riacuteos Chico y Siete cuya

concentracioacuten de As sobrepasaba el liacutemite maacuteximo permisible

de 005 (mgL-1) y considerando los resultados presentados en

la Tabla 5 donde se verificoacute que el pasto azul (dactylis

glomerata) presentaba porcentajes de remocioacuten de As

superiores al 50 con una mortalidad del 473 se procedioacute

directamente a la aplicacioacuten del tratamiento de rizofiltracioacuten

para las muestras de agua

Las plantas empleadas en los tratamientos se desarrollaron en

cultivos hidropoacutenicos con solucioacuten nutritiva a fin de que la

raiacutez de la especie vegetal se adapte al medio acuoso de

acuerdo a lo detallado en la Seccioacuten 222

Para la muestra de agua del riacuteo Siete se realizoacute dos

tratamientos en el primero se empleoacute 15 plantas de pasto azul

con 4 meses de crecimiento cuyas dimensiones promedio

fueron 5327 cm hojas y 1147 cm raiacutez Para el segundo

tratamiento se redujo el nuacutemero de especies a 10 plantas con

un tiempo de crecimiento de 5 meses y longitudes promedio

de 136 cm y 609 cm para raiacutez y hojas respectivamente

Conforme a los resultados sentildealados en la Tabla 6 para el

Tratamiento 1 al cuarto diacutea ya se contoacute con concentraciones

de As inferiores al liacutemite maacuteximo permisible de 005 mgL-1

establecido en la normativa ambiental aplicable para la

preservacioacuten de los cuerpos hiacutedricos Desde el diacutea quinto hasta

el deacutecimo tercer diacutea la reduccioacuten de la concentracioacuten del

metaloide se mantiene constante y al deacutecimo cuarto diacutea la

concentracioacuten de As se ubica bajo el liacutemite recomendable por

la Organizacioacuten Mundial de la Salud de 001 mgL-1

alcanzando su maacuteximo porcentaje de remocioacuten el deacutecimo

quinto diacutea de tratamiento con un 972 y una tasa de

marchitamiento del 80

El tratamiento se podriacutea aplicar hasta el cuarto diacutea tiempo en

el cual las plantas presentan una mortalidad del 40 con una

remocioacuten del 716 A partir de ese tiempo las especies

vegetales empiezan a perder su capacidad de tolerancia al As

esto puede deberse a que las fitoquelatinas que son peacuteptidos

que permiten la quelacioacuten o precipitacioacuten de los metales

pesados dentro de las vacuolas celulares y con ello evitar dantildeo

celular de las plantas estaacuten perdiendo su capacidad de

asociacioacuten con los metales lo que disminuye su remocioacuten

(Schat 2002 Yadav 2010)

En el ensayo de rizofiltracioacuten del Tratamiento 2 se puede

observar que al segundo diacutea de tratamiento ya se tienen

concentraciones menores al liacutemite maacuteximo permisible con un

porcentaje de remocioacuten del 737 Ademaacutes las plantas

presentaron un marchitamiento del 20 por lo que al emplear

especies maacutes maduras se puede tanto obtener mejores

resultados en menor tiempo como regenerar las especies para

aplicarlas en otros tratamientos ya que eacutestas se han adaptado

a la concentracioacuten de As Cabe sentildealar que las especies

utilizadas en este tratamiento presentaron un sistema radicular

maacutes desarrollado en comparacioacuten con las plantas del

tratamiento anterior

Al respecto en el estudio de Vaacutesquez et al (2009) se

establecioacute que las plantas han desarrollado varios mecanismos

para controlar la homeostasis de elementos esenciales y

soportar el estreacutes generado por elementos toacutexicos lo que le

permite adaptarse a ellos por lo que los altos porcentajes de

remocioacuten de As pueden atribuirse a que la planta asimiloacute a este

metaloide como un nutriente

Remocioacuten de Arseacutenico de Efluentes Liacutequidos de Plantas de Beneficio de Oro y Cuerpos Hiacutedricos de la Zona Minera de Ponce Enriacutequez por Rizofiltracioacuten con Pasto Azul (dactylis glomerata)

Tabla 6 Remocioacuten de As de muestras del riacuteo Siete empleando rizofiltracioacuten

con pasto azul Tratamiento 1(2) Tratamiento 2(3)

Diacutea de

tratamiento

Concentracioacuten

As solucioacuten

(mgL-1)

Diacutea de

tratamiento

Concentracioacuten

As solucioacuten

(mgL-1)

LMP(1) 005 LMP(1 005

0 0120 0 0120

1 0050 1 0061 4 0038 2 0032

5 0034 5 0014

7 0024 6 0006 15 0006 7 0001

(1) Liacutemite Maacuteximo Permisible Anexo 1 Tabla 2 TULSMA

(2) Tratamiento 1 5000 mL de muestra 15 plantas y 4 meses de crecimiento (3) Tratamiento 2 3000 mL de muestra 10 plantas y 5 meses de crecimiento

De acuerdo a Meharg A (2005) y Rangel et al (2015) el As

en forma de arseniato (As+5) puede sustituir al fosfato que es

considerado como un macronutriente de la solucioacuten nutritiva

en la cual se desarrollaron las plantas pues posee una

estructura anaacuteloga y por consiguiente puede entrar a las

ceacutelulas a traveacutes del sistema de transporte del fosfato

Para la muestra de agua del riacuteo Chico se partioacute de una

concentracioacuten de As de 027 mgL-1 y se tratoacute 5000 mL por

rizofiltracioacuten con 15 plantas de pasto azul de 4 meses de

crecimiento hidropoacutenico con dimensiones de 6260 cm y 1273

cm de longitud de hojas y raiacutez respectivamente De los

resultados obtenidos se determinoacute que al seacuteptimo diacutea la

concentracioacuten de As se encontroacute bajo el liacutemite maacuteximo

permisible tiempo que es superior en 3 diacuteas a los resultados

obtenidos en los tratamientos con las muestras del riacuteo Siete que

presentoacute una concentracioacuten inicial de As menor a la del riacuteo

Chico por lo que al octavo diacutea se finalizoacute el tratamiento y se

alcanzoacute una maacutexima remocioacuten de 974 con una mortalidad

del 70

Con estos resultados se realizoacute otro ensayo de rizofiltracioacuten

que corresponde al Tratamiento 2 en el que se redujo el

nuacutemero de plantas y el volumen de muestra de 5000 mL a

3000 mL a fin de determinar la influencia de estos factores en

la absorcioacuten de As En este caso se emplearon 10 plantas de

pasto azul con 5 meses de crecimiento cuyas dimensiones

fueron 1250 cm y 5180 cm de para raiacutez y hojas

respectivamente En la Tabla 7 se muestra que al sexto diacutea de

tratamiento presentaron valores bajo al liacutemite maacuteximo

permisible lo que puede deberse a que el sistema radicular de

estas especies estuvo maacutes desarrollado favoreciendo la

absorcioacuten del As ya que al seacuteptimo se alcanzoacute el 999 de

remocioacuten con un 200 de mortalidad

Tabla 7 Remocioacuten de As de muestras del riacuteo Chico empleando

rizofiltracioacuten con pasto azul Tratamiento 1(2) Tratamiento 2(3)

Diacutea de

tratamiento Concentracioacuten As

solucioacuten (mgL-1) Diacutea de

tratamiento Concentracioacuten As

solucioacuten (mgL-1)

LMP(1) 005 LMP(1) 005

0 0270 0 0270

1 0206 1 0204 2 0094 2 0185

6 0051 5 0090

7 0026 6 0037

8 0007 7 0001

(1) Liacutemite Maacuteximo Permisible Anexo 1 Tabla 2 TULSMA

(2) Tratamiento 1 5000 mL de muestra 15 plantas y 4 meses de crecimiento (3) Tratamiento 2 3000 mL de muestra 10 plantas y 5 meses de crecimiento

Figura 4 Remocioacuten de As en funcioacuten de la concentracioacuten inicial

Para determinar coacutemo afecta la concentracioacuten de As en la

remocioacuten de este metal a traveacutes de rizofiltracioacuten se realizoacute una

comparacioacuten entre los resultados del Tratamiento 1 de las 2

muestras de agua de los cuerpos hiacutedricos del Distrito Minero

Camilo Ponce Enriacutequez Los resultados obtenidos se muestran

en la Figura 4 en esta comparacioacuten se puede observar que a

menor concentracioacuten de As se llega en menor tiempo a valores

bajo los liacutemites permisibles La muestra del riacuteo Siete al primer

diacutea de tratamiento alcanza este valor mientras que la muestra

del riacuteo Chico lo alcanza al sexto diacutea

Para el seacuteptimo diacutea las dos muestras de estudio alcanzaron el

mismo rango de concentracioacuten de As que es inferior al liacutemite

maacuteximo permisibles establecido en la normativa ambiental

Asiacute mismo se puede observar que las plantas una vez que

absorben maacutes del 50 empiezan a reducir su capacidad de

absorcioacuten lo que puede atribuirse a que la planta estaacute

saturaacutendose ya no reconoce al As como fosfato

352 Remocioacuten de As de muestras de agua de efluentes

liacutequidos de dos plantas de beneficio de oro a escala

laboratorio

De acuerdo a PRODEMINCA (1998) en las cuencas de los

riacuteos Chico y Siete se ubica una extensa explotacioacuten auriacutefera a

partir de minerales que contienen sulfuros Las teacutecnicas de

explotacioacuten y beneficio no son en su mayoriacutea eficientes como

tampoco lo es la disposicioacuten de los efluentes esto genera

afectacioacuten a los cuerpos hiacutedricos de la zona Por ello se evaluoacute

la remocioacuten de As por rizofiltracioacuten para los efluentes de dos

plantas de beneficio instaladas en las riveras de estos riacuteos

Para cada ensayo se partioacute de 5000 mL de efluentes liacutequidos

y 15 plantas de pasto azul de 4 meses de crecimiento cuyas

dimensiones en promedio fueron para la Planta de Beneficio

1 6547 cm (hojas) y 1213 cm (raiacutez) y para la Planta de

Beneficio 2 6270 cm (hojas) y 148 cm (raiacutez) En la Tabla 8

se presentan los resultados del Tratamiento 1 para cada planta

de beneficio

En la Tabla 8 se observa que las concentraciones As del

efluente de la Planta de Beneficio 1 es superior en 04 mgL-1

del liacutemite maacuteximo permisible por lo que al segundo diacutea de

tratamiento ya se alcanzan valores bajo el liacutemite que

corresponde al 610 de remocioacuten del metaloide

000

003

006

009

012

015

018

021

024

027

030

0 1 2 3 4 5 6 7 8 9

Con

cen

trac

ioacuten

n d

e A

s en

solu

cioacuten

(mgL

-1)

Diacuteas de tratamiento

Riacuteo Siete Riacuteo Chico Liacutemite maacuteximo permisible

Remocioacuten de Arseacutenico de Efluentes Liacutequidos de Plantas de Beneficio de Oro y Cuerpos Hiacutedricos de la Zona Minera de Ponce Enriacutequez por Rizofiltracioacuten con Pasto Azul (dactylis glomerata)

Tabla 8 Remocioacuten de As de muestras de efluente liacutequido de dos plantas de

beneficio empleando rizofiltracioacuten con pasto azul Planta de Beneficio 1 Planta de Beneficio 2

Diacutea de

tratamiento

Concentracioacuten As

en solucioacuten

(mgL-1)

Diacutea de

tratamiento

Concentracioacuten As

en solucioacuten

(mgL-1)

LMP(1) 010 LMP(1) 010

0 0140 0 0240

1 0113 1 0188

2 0055 3 0092

6 0043 8 0034

7 0030 13 0023 8 0024 14 0014

9 0011 15 0010

(1) Liacutemite Maacuteximo Permisible Anexo 1 Tabla 9 Liacutemites de Descarga a un Cuerpo de Agua Dulce TULSMA

Sin embargo se continuoacute con el proceso hasta alcanzar la

concentracioacuten miacutenima recomendada por la Organizacioacuten

Mundial de la Salud (10 ug L-1) valor que se lo alcanzoacute al

noveno diacutea de tratamiento con un porcentaje de remocioacuten del

921 y una mortalidad de las especies de pasto azul del 80

Por otro lado para la Planta de Beneficio 2 se partioacute de

concentracioacuten de As dos veces superior al liacutemite maacuteximo

permisible de 010 mgL-1 para el tercer diacutea de tratamiento ya

se obtuvieron concentraciones bajo el liacutemite que corresponden

al 63 de remocioacuten al igual que el tratamiento aplicado al

efluente de la planta de beneficio 1 se continuoacute con el mismo

hasta alcanzar una concentracioacuten de 001 mgL-1 de As

presente en la muestra de estudio este valor se obtuvo al

deacutecimo quinto diacutea lo que representa el 96 de remocioacuten con

un porcentaje de mortandad del 80

Al igual que con las muestras de agua de los cuerpos hiacutedricos

se realizoacute otro ensayo para los efluentes de plantas de

beneficio en el que se varioacute el tiempo de crecimiento de las

especies de pasto azul de 4 a 5 meses y se mantuvo el volumen

de 5000 mL de muestra cuyos resultados se presentan en las

Figuras 5 y 6

Para la Planta de Beneficio 1 se redujo el nuacutemero de especies

de 15 a 10 plantas de pasto azul con dimensiones promedio de

183 cm de raiacutez y 649 cm de hojas Bajo estos paraacutemetros se

alcanzoacute al primer diacutea de tratamiento una concentracioacuten de As

de 0076 mgL-1 valor inferior al liacutemite maacuteximo permisible y

para el octavo diacutea se alcanzoacute el 936 de remocioacuten con un

600 de mortalidad valores que se presentan en la Figura 5

Figura 5 Remocioacuten de As de efluentes liacutequidos de Planta de Beneficio 1 en funcioacuten del nuacutemero de plantas de pasto azul

Figura 6 Remocioacuten de As de efluentes liacutequidos de Planta de Beneficio 2 (PB2) variando dimensiones de planta y tiempo de crecimiento

De la Figura 5 se puede determinar que al trabajar con un

menor nuacutemero de especies se presenta la misma tendencia que

al emplear 15 plantas de pasto azul esto se debe a que el

sistema radicular de las especies del segundo tratamiento se

encontraba maacutes desarrollado lo que favorecioacute en el proceso de

absorcioacuten de As ya que al tener un xilema maacutes desarrollado

aumenta la capacidad hiperacumuladora de metales por las

plantas de acuerdo a lo sentildealado por Rascio amp Navari-Izzo

(2011)

Para la Planta de Beneficio 2 se consideroacute solo al tiempo de

crecimiento de las especies como paraacutemetro de variacioacuten en

este tratamiento se empleoacute 15 especies de pasto azul de 5

meses cuyas dimensiones promedio fueron de 127 cm de raiacutez

y 552 cm de hojas bajo estas condiciones al deacutecimo cuarto

diacutea se llegoacute a una concentracioacuten de 0019 mgL-1 que

representa el 92 de remocioacuten de As Estos resultados fueron

graficados en la Figura 6 conjuntamente con los datos del

Tratamiento 1 y se puede evidenciar que no existe una

variacioacuten significativa entre ellos a pesar de que el sistema

radicular de las especies del Tratamiento 2 eran inferiores sin

embargo permanecieron un mayor tiempo en contacto con

solucioacuten nutritiva

353 Variacioacuten de crecimiento de raiacutez y hojas de especies

pasto azul empleado en rizofiltracioacuten

A fin de determinar coacutemo afecta la absorcioacuten de As en el

crecimiento de las plantas empleadas en la rizofiltracioacuten se

procedioacute a medir la raiacutez y hojas antes y despueacutes del

tratamiento Los resultados se presentan en la Tabla 9

Tabla 9 Dimensiones de raiacutez y hojas de pasto azul

Muestra Parte Dimensiones (cm) Diacuteas

tratamiento

de

remocioacuten As Inicial Final

Riacuteo Siete Hojas 5327 5435

15 9715 Raiacutez 1147 1021

Riacuteo Chico Hojas 6260 6543

8 9740 Raiacutez 1273 1527

Planta de

Beneficio 1

Hojas 6547 6778 9 9214

Raiacutez 1213 1219

Planta de

Beneficio 2

Hojas 6270 6520 15 9600

Raiacutez 1480 880

000

002

004

006

008

010

012

014

0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10

Con

cen

trac

ioacuten

de

As

en s

olu

cioacuten

(mgL

-1)

Diacutea de Tratamiento

Rizofiltracioacuten 15 plantas 5 L Rizofiltracioacuten 10 plantas 5 LLiacutemite maacuteximo permisible

000

003

006

009

012

015

018

021

024

027

0 2 4 6 8 10 12 14 16

Con

cen

trac

ioacuten

n d

e A

s en

solu

cioacuten

(mgL

-1)

Diacuteas de tratamiento

Tratamiento 1_PB2 Tratamiento 2_PB2

Liacutemite maacuteximo permisible

Remocioacuten de Arseacutenico de Efluentes Liacutequidos de Plantas de Beneficio de Oro y Cuerpos Hiacutedricos de la Zona Minera de Ponce Enriacutequez por Rizofiltracioacuten con Pasto Azul (dactylis glomerata)

De los datos presentados se observa que a un mayor tiempo

de retencioacuten el sistema radicular decrece debido a que se ve

debilitado por el contacto con la solucioacuten sin embargo en los

tratamientos que duraron la mitad del tiempo de retencioacuten se

tiene un crecimiento de la raiacutez de las plantas empleadas esto

puede deberse a que hasta ese tiempo la planta asimila al As

como fosfato que es utilizado como nutriente es decir

estimuloacute la produccioacuten de biomasa de raiacuteces manteniendo

concordancia con lo descrito por Vaacutesquez et al (2009) en su

ensayo con plantas de soja en soluciones de arseniato

Ademaacutes se observa que las dimensiones de las hojas de las

especies incrementa esto debido a que el As no afectoacute el

crecimiento de la planta ya que las concentraciones a las que

fueron expuestas son bajas entre 012 y 027 mgL-1

manteniendo concordancia con lo descrito por Machlis (1945)

quien que sentildeala que concentraciones de As de hasta 05 a

06 mgL-1 no suprimen el crecimiento de las plantas

354 Anaacutelisis de As en raiacutez y hojas de plantas de pasto azul

empleado en rizofiltracioacuten

A fin de determinar la cantidad de As retenido por las especies

de pasto azul que fueron empleadas en los diferentes

tratamientos de rizofiltracioacuten se procedioacute a tomar una muestra

de 3 plantas representativas con la raiacutez maacutes abundante y un

promedio de longitud de 13 cm las cuales fueron sometidas a

una disgregacioacuten aacutecida conforme al numeral 233 y

posteriormente se analizoacute la concentracioacuten de As tanto en raiacutez

como hojas mediante ICP-OES

Dushenkov et al (1995) y Del Toro et al (2013) en sus

estudios sentildealaron que la mayoriacutea de las plantas retienen gran

parte de la carga de plomo y As respectivamente en la raiacutez y

una pequentildea fraccioacuten se transporta preferentemente a las hojas

donde es secuestrada y acumulada en la vacuola celular esto

corrobora los datos presentados en la Tabla 10 en los cuales

se puede observar que en promedio maacutes del 768 del

metaloide de intereacutes se retuvo en el sistema radicular y hasta

un 231 en las hojas debido a que el As se inmovilizo en el

sistema radicular de la planta

Por otro lado tambieacuten se analizoacute una muestra de plantas que

no se sometieron a tratamiento de rizofiltracioacuten cuyos

resultados sirvieron para compararlos con las especies

aplicadas en las muestras de agua de los riacuteos asiacute como en las

descargas liacutequidas de las Plantas de Beneficio obteniendo que

los valores maacuteximos superan 10 y 15 veces al valor obtenido

en el blanco ademaacutes las plantas que estuvieron expuestas a las

mayores concentraciones de As (0240 y 0270 mgL-1)

presentaron los valores maacutes altos es decir la absorcioacuten de As

fue directamente proporcional a la concentracioacuten inicial del

metaloide

Tabla 10 Concentracioacuten de As en raiacutez y hojas de pasto azul empleadas en

rizofiltracioacuten

MUESTRA As (mgg-1) As

Raiacutez Hojas Raiacutez Hojas

BLANCO 0109 0019 852 148 RIO CHICO 1069 0360 748 252

RIO SIETE 0220 0082 728 272

PLANTA DE BENEFICIO 1 1624 0248 868 132 PLANTA DE BENEFICIO 2 0127 0047 731 269

Tabla 11 Anaacutelisis de Varianza de resultados de absorcioacuten de As con

diferentes tipos de muestras FV SC gl CM F p

Modelo 006 7 001 185 01 Muestra de tratamiento 006 7 001 185 01

Error 026 59 0 Total 031 66

SC=Suma de cuadrados F=valor estadiacutestico de distribucioacuten de Snedecor

p=valor estadiacutestico para aceptar o rechazar una hipoacutetesis

gL=grados de libertad CM=Media cuadraacutetica

Por otra parte la mayor acumulacioacuten de As en la raiacutez puede

deberse a factores internos de tolerancia de la planta como los

exudados radiculares que estaacuten formados por aacutecidos orgaacutenicos

que permiten la tolerancia de metales en el sistema radical que

pueden influenciar de manera directa en la solubilidad de

elementos ya sean esenciales o no a traveacutes de la acidificacioacuten

quelacioacuten precipitacioacuten y procesos de oacutexidondashreduccioacuten en la

rizoacutesfera y de forma indirecta mediante efectos en la actividad

microbiana en las propiedades fiacutesicas de la rizoacutesfera y en la

dinaacutemica de crecimiento de la raiacutez esto de acuerdo a lo

sentildealado por Gonzales y Zapata (2008) y lo verificado por

Dushenkov et al (1995) en su estudio empleando pasto para

remover plomo

36 Anaacutelisis estadiacutesticos de resultados de tratamiento de

rizofiltracioacuten

Los datos obtenidos referentes a la absorcioacuten de As de las 4

muestras empleadas en el estudio fueron analizados por el

meacutetodo ANOVA utilizando el sistema INFOSTATL a fin de

determinar si existe varianza significativa o no entre los

resultados de absorcioacuten de As de muestras de agua de 2 riacuteos y

2 efluentes de plantas de beneficio de la zona minera de

Camilo Ponce Enriacutequez hasta alcanzar valores inferiores al

liacutemite maacuteximo permisible cuyos resultados se presentan en la

siguiente Tabla

De las Tablas 11 y 12 se determina que el valor obtenido de p

es mayor que el 50 lo que significa que los resultados no

son significativamente diferentes entre siacute ya que se encuentran

dentro del mismo rango por lo que el tratamiento de

rizofiltracioacuten para muestras de agua que se encuentran sobre

los liacutemites maacuteximos permisibles establecidos por la normativa

ambiental son aplicables tanto para agua de cuerpos hiacutedricos

asiacute como para efluentes liacutequidos de plantas de beneficio

Ademaacutes todos los resultados presentan medias similares por

lo que se ubican en un mismo rango reforzando la hipoacutetesis

de que el tratamiento es aplicable a diferentes muestras de

agua

Tabla 12 Test de Tukey 5

Muestra de Tratamiento Medias n EE Rango

Rio Siete A 003 12 002 A

Rio Siete B 004 6 003 A

PLANTA DE BENEFICIO 1 A 006 8 002 A PLANTA DE BENEFICIO 1 B 006 7 002 A

PLANTA DE BENEFICIO 2 B 006 11 002 A

PLANTA DE BENEFICIO 2 A 007 10 002 A Rio Chico A 011 7 002 A

Rio Chico B 013 6 003 A

n=nuacutemero de muestras EE=error estaacutendar

Remocioacuten de Arseacutenico de Efluentes Liacutequidos de Plantas de Beneficio de Oro y Cuerpos Hiacutedricos de la Zona Minera de Ponce Enriacutequez por Rizofiltracioacuten con Pasto Azul (dactylis glomerata)

37 Anaacutelisis de resultados de implementacioacuten de ensayo a

escala piloto y propuesta de humedal para depuracioacuten

de efluentes liacutequidos

A fin de que el proceso de estudio sea aplicable como una

alternativa de tratamiento de efluentes liacutequidos de la industria

minera se consideroacute su aplicacioacuten en humedales artificiales

con pasto azul Para este proceso se emplearon 15 plantas en

cada humedal con 6 meses de crecimiento y dimensiones

promedio de 284 cm (raiacutez) y 660 cm (hojas) en el primer

humedal y 257 cm (raiacutez) y 594 cm (hojas) para el segundo

humedal las mismas que previamente se desarrollaron de

manera hidropoacutenica y fueron trasplantadas a los humedales

donde se adaptaron por 5 diacuteas (Seccioacuten 24)

Considerando que en los resultados de seccioacuten 36 se observa

que al segundo diacutea de tratamiento ya se obtienen valores de As

bajo el liacutemite maacuteximo permisible establecido en la normativa

ambiental para este estudio se consideroacute un tiempo de

retencioacuten de 48 horas previo a la descarga del efluente liacutequido

cuyos resultados se presentan en la Tabla 13

De los resultados se puede establecer que a las 48 horas se

logra obtener concentraciones de As bajo el liacutemite maacuteximo

permisible establecido por la normativa ambiental de

01 mgL-1 lo que corresponde al 98 y 95 de remocioacuten

del metaloide de los efluentes de las plantas de beneficio 1 y

2 respectivamente conforme se observoacute en los numerales

anteriores eacuteste porcentaje de remocioacuten se lo alcanza al seacuteptimo

o deacutecimo quinto diacutea de tratamiento sin embargo al combinar

la capacidad de absorcioacuten de As del pasto azul con el sustrato

empleado permiten incrementar la eficiencia del tratamiento

en un menor tiempo de aplicacioacuten

Otte amp Jacob (2006) sentildealan que existe una eficiencia del 65

para la remocioacuten de As empleando humedales artificiales

valor que confirma los datos obtenidos en la Tabla 13 Ademaacutes

se puede verificar que a menor concentracioacuten inicial se obtiene

una mayor remocioacuten del metaloide con una mortalidad del

10 debido a la capacidad de adaptacioacuten del pasto azul por

tanto pueden ser empleadas en varios procesos de

remediacioacuten sin embargo deberaacuten ser puestas en contacto con

solucioacuten nutritiva a fin de que las mismas se regeneren

Por otra parte con estos resultados se realizoacute la propuesta de

disentildeo de un humedal artificial para el tratamiento de efluentes

liacutequidos de plantas de beneficio a fin de disminuir la

concentracioacuten de As hasta niveles bajo el liacutemite maacuteximo

permisible para descargas liacutequidas a cuerpos hiacutedricos

Se considera un humedal artificial de flujo subsuperficial

vertical con comportamiento de un reactor de flujo ideal en

pistoacuten y modelo cineacutetico de remocioacuten de As de primer orden

(Culqui 2015)

Tabla 13 Remocioacuten de As en humedales artificiales con pasto azul

Tipo de muestra As (mgL-1) Remocioacuten

de As Inicial Final

Planta de Beneficio 1 014 0005 980

Planta de Beneficio 2 024 0013 950

(1) Liacutemite Maacuteximo Permisible Anexo 1 Tabla 9 Liacutemites de Descarga a un Cuerpo de Agua Dulce TULSMA

Tabla 14 Dimensionamiento de un humedal artificial Paraacutemetro Descripcioacuten Unidad Valor

Consideraciones

H(1) Altura Humedal m 060

Q Caudal entrada Ldiacutea-1 288000 Co Concentracioacuten Inicial As mgL-1 024

Cf Concentracioacuten Final de As mgL-1 0015

k Constante cineacutetica diacutea-1 -138 Ɛ(2) Porosidad del material 038

Dimensiones

As Aacuterea superficial total m2 2526

W Ancho m 410 L Largo m 616

t Tiempo de retencioacuten hidraacuteulico diacutea 2

n Nuacutemero de celdas 2

(1) Luna amp Castantildeeda 2014 (2) Saacutenchez 2010

Las dimensiones del humedal propuesto para el tratamiento se

presentan en la Tabla 14 donde se consideroacute una planta de

beneficio de pequentildea mineriacutea que descarga 010 Lseg-1 que

corresponderiacutea al caudal miacutenimo de entrada al humedal con

estos datos se establecioacute que se requiere un aacuterea superficial de

2526 m2 con dimensiones de 410 m de ancho 616 m de

largo y 060 m de profundidad Con un tiempo de retencioacuten de

2 diacuteas para alcanzar la remocioacuten de As hasta valores bajo la

norma ambiental aplicable

Para tratar mayores caudales de efluentes en los humedales

artificiales se deberiacutean emplear aacutereas maacutes extensas mayor

tiempo de retencioacuten y mayor nuacutemero de plantas por ellos se

podriacutean establecer varios humedales en paralelo

4 CONCLUSIONES

Para la ejecucioacuten del presente estudio se contemplaron los tres

principales distritos mineros de pequentildea mineriacutea del Ecuador

determinando que los cuerpos hiacutedricos de Camilo Ponce

Enriacutequez en promedio superaban 20 veces el liacutemite maacuteximo

permisible de As establecido en la Tabla 2 Criterio de Calidad

Admisible para la preservacioacuten de la vida acuaacutetica y silvestre

en agua dulce marinas y de estuario del Anexo del Texto

Unificado de Legislacioacuten Secundaria del Ministerio del

Ambiente las altas concentraciones de As puede deberse a la

geologiacutea de la zona asiacute como a las ineficientes teacutecnicas de

explotacioacuten y procesamiento del mineral por parte de los

mineros artesanales y pequentildeos mineros

Las plantas que presentan mejores caracteriacutesticas para la

absorcioacuten de As en solucioacuten son el jacinto de agua pasto azul

y helecho acuaacutetico miniatura De estas el pasto azul presentoacute

el 96 de remocioacuten de As con un 473 de mortalidad y 28

de marchitamiento para soluciones con una concentracioacuten de

0154 mgL-1 del metaloide en referencia por lo que se

seleccionoacute esta especie como la maacutes resistente para los

tratamientos de rizofiltracioacuten

El tratamiento de rizofiltracioacuten con pasto azul aplicado a

muestras de agua tanto de cuerpos hiacutedricos como efluentes

liacutequidos de plantas de beneficio de la zona minera de Camilo

Ponce Enriacutequez que presentaban concentraciones de As entre

0120 y 0270 mgL-1 permite obtener maacutes del 90 de

remocioacuten de As llegando a concentraciones inferiores al

liacutemite maacuteximo permisible tanto el establecido por la normativa

ambiental ecuatoriana asiacute como por la Organizacioacuten Mundial

Remocioacuten de Arseacutenico de Efluentes Liacutequidos de Plantas de Beneficio de Oro y Cuerpos Hiacutedricos de la Zona Minera de Ponce Enriacutequez por Rizofiltracioacuten con Pasto Azul (dactylis glomerata)

de la Salud por lo que se puede establecer que el tratamiento

de rizofiltracioacuten es aplicable a muestras reales que contienen

varios metales disueltos con resultados similares a los

alcanzados empleando soluciones sinteacuteticas de un metal en

especiacutefico es decir que los otros metales no inhibieron la

capacidad del pasto azul para absorber As

Las plantas de pasto azul con mayores dimensiones de su

sistema radicular presentan los porcentajes de remocioacuten de As

superiores como se evidencia en las muestras del riacuteo Chico y

Planta de Beneficio 2 de 974 y 96 respectivamente es

decir la remocioacuten del contaminante incrementa con el tamantildeo

de la raiacutez

Las plantas de pasto azul empleadas en el tratamiento de

rizofiltracioacuten presentaron un incremento de longitud de raiacuteces

y hojas de 219 cm en promedio lo que indica que las

concentraciones de As a las que estuvieron expuestas no

inhibieron el desarrollo de las mismas por lo que una vez

finalizado el tratamiento eacutestas pueden ser regeneradas en

contacto con solucioacuten nutritiva

Maacutes del 70 del As contenido en las especies usadas para el

tratamiento de rizofiltracioacuten se acula en el sistema radicular

esto debido tanto a la retencioacuten del metaloide en la pared

celular como a la complejacioacuten de las fitoquelatinas en la

vacuola celular de la planta

El tratamiento de rizofiltracioacuten en un humedal artificial

incrementa su eficiencia debido a la interaccioacuten que existe

entre las raiacuteces y el sustrato lo que permite que al segundo diacutea

se alcance el 95 de remocioacuten de As del efluente liacutequido

industrial llegando a valores inferiores al liacutemite maacuteximo

permisible de 01 mgL-1 establecido por la normativa

ambiental ecuatoriana concentracioacuten a la cual es permitida su

descarga a un cuerpo hiacutedrico

Un humedal artificial de flujo subsuperficial vertical con

plantas enraizadas de un aacuterea superficial de 2526 m2 (410 m

de ancho por 616 m de largo) con un tiempo de retencioacuten de

2 diacuteas puede ser empleado para tratar efluentes liacutequidos

industriales con porcentajes de remocioacuten de As superiores al

95 para una capacidad de 2880 Ldiacutea-1

Una vez finalizado el tratamiento de rizofiltracioacuten las plantas

empleadas para la absorcioacuten de metales deben ser gestionadas

como un desecho peligroso debido a su alta concentracioacuten de

metales por lo que se recomienda que las mismas sean

incineradas previo a su disposicioacuten final ya sean en celdas de

seguridad o reutilizarlas como fuente para recuperar los

metales

5 AGRADECIMIENTO

Los autores muestran su agradecimiento al Departamento de

Metalurgia Extractiva (DEMEX) de la Escuela Politeacutecnica

Nacional por el financiamiento de la presente investigacioacuten

mediante los fondos del proyecto PII-DEMEX-001-2019

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Remocioacuten de Arseacutenico de Efluentes Liacutequidos de Plantas de Beneficio de Oro y Cuerpos Hiacutedricos de la Zona Minera de Ponce Enriacutequez por Rizofiltracioacuten con Pasto Azul (dactylis glomerata)

Figura 2 Tratamiento de rizofiltracioacuten con pasto azul (dactylis glomerata)

Durante todos los ensayos a escala laboratorio se determinaron

porcentajes de mortalidad marchitamiento y tamantildeo de hojas

con el fin de establecer el grado de afectacioacuten de la absorcioacuten

de As en el desarrollo de la planta y su eficiencia en el

tratamiento

Una vez finalizados los diferentes tratamientos por

rizofiltracioacuten con pasto azul se determinoacute la concentracioacuten de

As presente en las hojas y la raiacutez de las plantas empleadas

durante el proceso Con este fin las plantas se secaron a

temperatura ambiente por dos semanas y se llevaron

separadamente a disgregacioacuten con aacutecido niacutetrico (65) Las

soluciones obtenidas se llevaron a anaacutelisis de la concentracioacuten

de As en ICP-OES Esto con el fin de determinar en queacute

seccioacuten de la planta se alojaba la mayor cantidad del metaloide

Con todos los datos obtenidos se realizoacute un anaacutelisis estadiacutestico

del comportamiento de cada ensayo para ello se aplicaraacute el

meacutetodo de varianza global (ADEVA o ANOVA)

24 Remocioacuten de As de efluentes liacutequidos de plantas de

beneficio por rizofiltracioacuten con pasto azul a escala piloto

Para la aplicacioacuten del tratamiento de depuracioacuten por

rizofiltracioacuten a escala piloto se instaloacute un sistema de

humedales artificiales de 20 L por diacutea de capacidad El

esquema de la instalacioacuten piloto se ilustra en la Figura 3 y fue

desarrollado de acuerdo a lo sugerido por Guanoluisa (2012)

El sistema estuvo compuesto por una estructura metaacutelica de

acero al carbono recubierto con pintura anticorrosiva con una

pendiente de 007 m que conteniacutea 2 recipientes tipo caja de

polipropileno comercial con sustrato inerte (34 cm de altura)

Dicho sustrato tuvo una primera capa de 9 cm de grava (2 a

4 cm) seguido de 9 cm de grava (lt 2 cm) y finalmente 16 cm

de una mezcla de grava y piedra poacutemez (lt 2 cm)

El sustrato fue lavado y desinfectado previamente con una

solucioacuten de cloro y se dejoacute secar al ambiente durante 1 diacutea En

eacuteste se colocaron 15 plantas de pasto azul de 6 meses de

crecimiento hidropoacutenico Se registroacute la longitud de la raiacutez y

hojas se adicionoacute solucioacuten nutritiva la misma que fue

recirculada por 5 diacuteas En este periodo de tiempo las plantas se

acondicionaron para tratamiento posterior

Figura 3 Esquema de humedales artificiales con pasto azul

(Modificado de Guanoluisa 2012)

Para la depuracioacuten por rizofiltracioacuten se emplearon 5 L de

efluentes liacutequidos de planta de beneficio de oro La

caracterizacioacuten de cada muestra se realizoacute conforme al

numeral 213 La muestra se colocoacute en el tanque de

alimentacioacuten desde el cual se bombeoacute hacia el humedal

superior (humedal 1) una vez terminado el bombeo se dejoacute en

contacto con las plantas durante 24 horas posterior a ello se

descargoacute la solucioacuten al segundo humedal (humedal 2) en el

cual se tuvo un tiempo de retencioacuten de 24 horas

Al finalizar el tiempo de tratamiento de cada efluente se

tomaron muestras de 30 mL de las soluciones de salida del

humedal 2 para el respectivo anaacutelisis del contenido de As

residual por medio del equipo ICP-OES Con los resultados

obtenidos se estableceraacute el porcentaje de absorcioacuten del

metaloide y la eficiencia de depuracioacuten del proceso

3 RESULTADOS Y DISCUSIOacuteN

Con base en los resultados del monitoreo de cuerpos hiacutedricos

realizado en los tres distritos mineros del sur del Ecuador se

seleccionoacute como zona de estudio el distrito de Camilo Ponce

Enriacutequez ya que presentaba las mayores concentraciones de

As seguacuten los estudios mencionados en la Seccioacuten 211

Con estos antecedentes se identificaron a los riacuteos Siete y Chico

como los cuerpos hiacutedricos a emplear en el presente trabajo

pues ambos superaban en promedio 20 veces el liacutemite maacuteximo

permisible establecido en la Tabla 2 del Anexo del Texto

Unificado de Legislacioacuten Secundaria del Ministerio del

Ambiente conforme se presenta en la Tabla 2

Tabla 2 Resultados de monitoreo de calidad de agua en cuerpos hiacutedricos del

Distrito Minero de Camilo Ponce Enriacutequez

Cuerpo Hiacutedrico

Concentracioacuten de As (mgL-1)

PRODEMINCA

1998

INIGEMM

2014

Appleton et al

2001

Riacuteo Siete 0785 0893 047

Riacuteo Chico 282 0051 ---

LMP(1) 005

(1) Liacutemite Maacuteximo Permisible Anexo 1 Tabla 2 Criterio de Calidad

Admisible para la preservacioacuten de la vida acuaacutetica y silvestre en agua dulce marinas y de estuario TULSMA

Remocioacuten de Arseacutenico de Efluentes Liacutequidos de Plantas de Beneficio de Oro y Cuerpos Hiacutedricos de la Zona Minera de Ponce Enriacutequez por Rizofiltracioacuten con Pasto Azul (dactylis glomerata)

Adicionalmente para la seleccioacuten de la zona de estudio se

consideroacute la informacioacuten del Catastro Minero (ARCOM

2019) se determinoacute que en el distrito Camilo Ponce Enriacutequez

se ubican 25 concesiones mineras y 38 plantas de beneficio de

las cuales maacutes del 95 no estaacuten regularizados ambientalmente

para la ejecucioacuten de sus labores mineras por lo que estas no

cuentan con las medidas ambientales necesarias para cumplir

con los requerimientos establecidos por la Maacutexima Autoridad

Ambiental en la gestioacuten de sus descargas Esta situacioacuten

afecta a la calidad de los cuerpos hiacutedricos que se ubican cerca

de estas actividades los mismos que aguas abajo son utilizados

para consumo humano y riego

Por esta razoacuten se identificaron dos plantas de beneficio

ubicadas en la zona de influencia de los cuerpos hiacutedricos

seleccionados cuyos efluentes liacutequidos presentaron

concentraciones de As superiores a 01 mgL-1 que

corresponde al liacutemite maacuteximo permisible establecido en el

Anexo 1 Tabla 9 (Ministerio del Ambiente 2015)

31 Georreferenciacioacuten de las muestras empleadas

Una vez seleccionados los dos riacuteos y las dos plantas de

beneficio se georreferenciaron los puntos objeto de estudio

para lo que se tomaron las coordenadas de cada uno de ellos

en el sistema WGS 84 ndash 17 Sur que se detalla en la Tabla 3

Se debe sentildealar que existe una distancia aproximada de 6 Km

en liacutenea recta desde el punto de muestreo del cuerpo hiacutedrico y

la planta de beneficio que se ubica sobre el mismo es decir

que el efluente liacutequido con el que se trabajaraacute contribuye con

carga contaminante al cuerpo hiacutedrico de estudio por lo que es

importante la aplicacioacuten de sistemas de tratamiento previo a su

descarga

32 Caracterizacioacuten de las muestras de cuerpos hiacutedricos y

efluentes de plantas de beneficio de oro

Una vez identificados los puntos de estudio se procedioacute con

un muestreo puntual de agua en cada uno de ellos para lo cual

se siguioacute los lineamientos de la Norma Teacutecnica INEN 2176

(Seccioacuten 212) Las muestras fueron caracterizadas a fin de

determinar la concentracioacuten inicial de metales como Cu Cd

Pb Fe Zn Hg y As ademaacutes se midioacute el pH factor importante

al momento de la remocioacuten del metal pesado de intereacutes

durante el proceso de rizofiltracioacuten los resultados se presentan

en la Tabla 4

Las muestras de agua superficial tomadas en los dos cuerpos

hiacutedricos y las dos muestras de efluentes liacutequidos de plantas de

beneficio presentan valores de As sobre los liacutemites maacuteximos

permisibles establecidos en la normativa ambiental

ecuatoriana manteniendo concordancia con los datos

presentados en la Tabla 2 del presente documento

Tabla 3 Coordenadas de los cuatro puntos de muestreo

Muestra Nomenclatura Coordenadas WGS 84-17S

Norte Este

Riacuteo Siete RS 636474 9661446 Riacuteo Chico CH 644996 9668296

Planta de beneficio 1 PB1 642260 9657706

Planta de beneficio 2 PB2 651264 9665731

Tabla 4 Caracterizacioacuten de muestras de cuerpos hiacutedricos y plantas de

beneficio

Paraacutemetro

analizadoss

Muestra

Riacuteo

Siete(1)

Riacuteo

Chico(1)

Planta de

Beneficio 1(2)

Planta de

Beneficio 2(2)

pH 780 835 787 840

Metales

(mgL-1)

As 012 027 014 024

Cu 001 001 028 533 Fe 002 lt001 009 010

Pb 008 002 003 001

Zn 001 lt001 002 002 Cd lt001 lt001 001 lt001

Hg 00002 00003 00004 00001

(1) Liacutemite Maacuteximo Permisible Anexo 1 Tabla 2 TULSMA (2) Liacutemite Maacuteximo Permisible Anexo 1 Tabla 9 TULSMA

La concentracioacuten de As del riacuteo Chico supera 5 veces al liacutemite

maacuteximo permisible establecido por la Autoridad Ambiental

Nacional siendo eacuteste el valor maacutes alto de las 4 muestras

analizadas Esto puede deberse a que en su parte superior

recibe una considerable aporte de la contaminacioacuten de las

actividades mineras de la zona de San Gerardo conforme a lo

sentildealado por PRODEMINCA (1998) donde se destaca que en

las descargas de efluentes el principal elemento presente es el

As un ejemplo de ello es la planta de beneficio 2 cuya

concentracioacuten de As es 024 mgL-1 que representa maacutes del

doble del liacutemite permisible que corresponde a 01 mg L-1

afectando la capacidad de autodepuracioacuten del cuerpo hiacutedrico

esta actividad se desarrolla a 6 Km del punto de toma de

muestra del riacuteo en referencia

33 Seleccioacuten de especie con mayor capacidad de absorcioacuten

de As en medio acuoso

Para la seleccioacuten de la especie maacutes adecuada para la remocioacuten

de As a traveacutes de rizofiltracioacuten se partioacute de los resultados

previos obtenidos por Barreto (2019) en los cuales se

consideraron 16 especies iniciales entre terrestres y acuaacuteticas

las mismas que fueron puestas por 48 horas en contacto con

una solucioacuten sinteacutetica de 45 mgL-1 de As a fin de determinar

la que presentaba mayor remocioacuten de eacuteste metaloide

En funcioacuten de los resultados obtenidos por Barreto (2019) se

seleccionaron tres especies dos acuaacuteticas (jacinto de agua y

helecho acuaacutetico miniatura) y una terrestre (pasto azul) que

fueron desarrollados por medios hidropoacutenicos y puestas en

contacto con soluciones sinteacuteticas de As de concentraciones de

0154 mgL-1 0375 mgL-1 y 0847 mgL-1 por 15 diacuteas

obteniendo los siguientes resultados

Se determinoacute que el jacinto de agua remueve el mayor

porcentaje de As de soluciones sinteacuteticas obteniendo un valor

maacuteximo de 98 al estar en contacto con una solucioacuten sinteacutetica

de 0154 mgL-1 de As sin embargo su tasa de mortalidad y

marchitamiento fue 76 y 78 respectivamente en cambio el

pasto azul para la misma concentracioacuten de As removioacute el 96

del metaloide con una mortalidad del 437 y 28 de

marchitamiento por lo que esta especie tuvo la mejor

adaptabilidad ya que no se vio afectado su desarrollo Esto

concuerda con los sentildealado por Raskyn et al (1997) respecto

a que las especies terrestres desarrolladas en medios

hidropoacutenicos son maacutes aptas para la remocioacuten de metales

pesados presentes en solucioacuten

Remocioacuten de Arseacutenico de Efluentes Liacutequidos de Plantas de Beneficio de Oro y Cuerpos Hiacutedricos de la Zona Minera de Ponce Enriacutequez por Rizofiltracioacuten con Pasto Azul (dactylis glomerata)

Tabla 5 Evaluacioacuten de remocioacuten de As de soluciones sinteacuteticas

Especie Remocioacuten As () Mortalidad

()

Marchita

() T-1(1) T-2(2) T-3(3

Jacinto agua 980 580 640 760 780

Pasto azul 960 570 700 473 280 Helecho 840 440 430 100 100

(1) T-1 Solucioacuten sinteacutetica 0154 mgL-1

(2) T-2 Solucioacuten sinteacutetica 0375 mgL-1 (3) T-3 Solucioacuten sinteacutetica 0847 mgL-1

Dushenkov et al (1995) sentildeala que las raiacuteces de las plantas

terrestres tienen una capacidad intriacutenseca para absorber y

precipitar metales pesados de soluciones y que los pastos

tienen la propiedad de regenerar su raiacutez siendo esto

beneficioso para emplearlos en procesos de rizofiltracioacuten Bajo

estos criterios se seleccionoacute a la especie de pasto azul como la

de mejores caracteriacutesticas para la aplicacioacuten del tratamiento de

rizofiltracioacuten en muestras de cuerpos hiacutedricos y efluentes

liacutequidos de plantas de beneficio con concentraciones de As

superiores a los liacutemites maacuteximos permisibles

34 Desarrollo de cultivos hidropoacutenicos de pasto azul

(dactylis glomerata)

Para el desarrollo de cultivos hidropoacutenicos de pasto azul se

emplearon 276 cubos de sustrato en los cuales se colocaron de

3 a 5 semillas de acuerdo a la metodologiacutea descrita en la

Seccioacuten 222 En eacutesta fase se obtuvo un 640 de germinacioacuten

a los 11 diacuteas de proceso Al final de este periodo las plaacutentulas

presentaron un promedio de crecimiento de 188 cm

Las semillas germinadas fueron colocadas en bandejas con

solucioacuten nutritiva de las cuales el 760 alcanzaron una

longitud de entre 10 a 12 cm posterior a ello se trasladaron al

sistema hidropoacutenico vertical NFT en esta etapa

permanecieron de 4 a 5 meses previo a ser empleadas en el

tratamiento de rizofiltracioacuten para lo cual alcanzaron

longitudes promedio de 60 cm en hojas y 12 cm en raiacutez

(Seccioacuten 222)

Durante el crecimiento de las plantas se controloacute la presencia

de plagas y mortalidad de las mismas para contrarrestar la

plaga de pulgoacuten verde que sufrieron al tercer mes de

crecimiento se empleoacute una insecticida natural que conteniacutea

ajo y agua (relacioacuten 19) con ello se eliminoacute el 80 de la plaga

en el plazo de 24 horas Adicionalmente se repitioacute el proceso

cada 2 diacuteas hasta obtener el 100 de depuracioacuten

Semanalmente se limpiaron las hojas marchitas de las plantas

a fin de que eacutestas se regeneren

35 Resultados de remocioacuten de As por rizofiltracioacuten

empleando pasto azul a escala laboratorio

351 Remocioacuten de As de muestras de agua superficial de

dos cuerpos hiacutedricos

Con base en los resultados de la caracterizacioacuten de las

muestras de agua superficial de los riacuteos Chico y Siete cuya

concentracioacuten de As sobrepasaba el liacutemite maacuteximo permisible

de 005 (mgL-1) y considerando los resultados presentados en

la Tabla 5 donde se verificoacute que el pasto azul (dactylis

glomerata) presentaba porcentajes de remocioacuten de As

superiores al 50 con una mortalidad del 473 se procedioacute

directamente a la aplicacioacuten del tratamiento de rizofiltracioacuten

para las muestras de agua

Las plantas empleadas en los tratamientos se desarrollaron en

cultivos hidropoacutenicos con solucioacuten nutritiva a fin de que la

raiacutez de la especie vegetal se adapte al medio acuoso de

acuerdo a lo detallado en la Seccioacuten 222

Para la muestra de agua del riacuteo Siete se realizoacute dos

tratamientos en el primero se empleoacute 15 plantas de pasto azul

con 4 meses de crecimiento cuyas dimensiones promedio

fueron 5327 cm hojas y 1147 cm raiacutez Para el segundo

tratamiento se redujo el nuacutemero de especies a 10 plantas con

un tiempo de crecimiento de 5 meses y longitudes promedio

de 136 cm y 609 cm para raiacutez y hojas respectivamente

Conforme a los resultados sentildealados en la Tabla 6 para el

Tratamiento 1 al cuarto diacutea ya se contoacute con concentraciones

de As inferiores al liacutemite maacuteximo permisible de 005 mgL-1

establecido en la normativa ambiental aplicable para la

preservacioacuten de los cuerpos hiacutedricos Desde el diacutea quinto hasta

el deacutecimo tercer diacutea la reduccioacuten de la concentracioacuten del

metaloide se mantiene constante y al deacutecimo cuarto diacutea la

concentracioacuten de As se ubica bajo el liacutemite recomendable por

la Organizacioacuten Mundial de la Salud de 001 mgL-1

alcanzando su maacuteximo porcentaje de remocioacuten el deacutecimo

quinto diacutea de tratamiento con un 972 y una tasa de

marchitamiento del 80

El tratamiento se podriacutea aplicar hasta el cuarto diacutea tiempo en

el cual las plantas presentan una mortalidad del 40 con una

remocioacuten del 716 A partir de ese tiempo las especies

vegetales empiezan a perder su capacidad de tolerancia al As

esto puede deberse a que las fitoquelatinas que son peacuteptidos

que permiten la quelacioacuten o precipitacioacuten de los metales

pesados dentro de las vacuolas celulares y con ello evitar dantildeo

celular de las plantas estaacuten perdiendo su capacidad de

asociacioacuten con los metales lo que disminuye su remocioacuten

(Schat 2002 Yadav 2010)

En el ensayo de rizofiltracioacuten del Tratamiento 2 se puede

observar que al segundo diacutea de tratamiento ya se tienen

concentraciones menores al liacutemite maacuteximo permisible con un

porcentaje de remocioacuten del 737 Ademaacutes las plantas

presentaron un marchitamiento del 20 por lo que al emplear

especies maacutes maduras se puede tanto obtener mejores

resultados en menor tiempo como regenerar las especies para

aplicarlas en otros tratamientos ya que eacutestas se han adaptado

a la concentracioacuten de As Cabe sentildealar que las especies

utilizadas en este tratamiento presentaron un sistema radicular

maacutes desarrollado en comparacioacuten con las plantas del

tratamiento anterior

Al respecto en el estudio de Vaacutesquez et al (2009) se

establecioacute que las plantas han desarrollado varios mecanismos

para controlar la homeostasis de elementos esenciales y

soportar el estreacutes generado por elementos toacutexicos lo que le

permite adaptarse a ellos por lo que los altos porcentajes de

remocioacuten de As pueden atribuirse a que la planta asimiloacute a este

metaloide como un nutriente

Remocioacuten de Arseacutenico de Efluentes Liacutequidos de Plantas de Beneficio de Oro y Cuerpos Hiacutedricos de la Zona Minera de Ponce Enriacutequez por Rizofiltracioacuten con Pasto Azul (dactylis glomerata)

Tabla 6 Remocioacuten de As de muestras del riacuteo Siete empleando rizofiltracioacuten

con pasto azul Tratamiento 1(2) Tratamiento 2(3)

Diacutea de

tratamiento

Concentracioacuten

As solucioacuten

(mgL-1)

Diacutea de

tratamiento

Concentracioacuten

As solucioacuten

(mgL-1)

LMP(1) 005 LMP(1 005

0 0120 0 0120

1 0050 1 0061 4 0038 2 0032

5 0034 5 0014

7 0024 6 0006 15 0006 7 0001

(1) Liacutemite Maacuteximo Permisible Anexo 1 Tabla 2 TULSMA

(2) Tratamiento 1 5000 mL de muestra 15 plantas y 4 meses de crecimiento (3) Tratamiento 2 3000 mL de muestra 10 plantas y 5 meses de crecimiento

De acuerdo a Meharg A (2005) y Rangel et al (2015) el As

en forma de arseniato (As+5) puede sustituir al fosfato que es

considerado como un macronutriente de la solucioacuten nutritiva

en la cual se desarrollaron las plantas pues posee una

estructura anaacuteloga y por consiguiente puede entrar a las

ceacutelulas a traveacutes del sistema de transporte del fosfato

Para la muestra de agua del riacuteo Chico se partioacute de una

concentracioacuten de As de 027 mgL-1 y se tratoacute 5000 mL por

rizofiltracioacuten con 15 plantas de pasto azul de 4 meses de

crecimiento hidropoacutenico con dimensiones de 6260 cm y 1273

cm de longitud de hojas y raiacutez respectivamente De los

resultados obtenidos se determinoacute que al seacuteptimo diacutea la

concentracioacuten de As se encontroacute bajo el liacutemite maacuteximo

permisible tiempo que es superior en 3 diacuteas a los resultados

obtenidos en los tratamientos con las muestras del riacuteo Siete que

presentoacute una concentracioacuten inicial de As menor a la del riacuteo

Chico por lo que al octavo diacutea se finalizoacute el tratamiento y se

alcanzoacute una maacutexima remocioacuten de 974 con una mortalidad

del 70

Con estos resultados se realizoacute otro ensayo de rizofiltracioacuten

que corresponde al Tratamiento 2 en el que se redujo el

nuacutemero de plantas y el volumen de muestra de 5000 mL a

3000 mL a fin de determinar la influencia de estos factores en

la absorcioacuten de As En este caso se emplearon 10 plantas de

pasto azul con 5 meses de crecimiento cuyas dimensiones

fueron 1250 cm y 5180 cm de para raiacutez y hojas

respectivamente En la Tabla 7 se muestra que al sexto diacutea de

tratamiento presentaron valores bajo al liacutemite maacuteximo

permisible lo que puede deberse a que el sistema radicular de

estas especies estuvo maacutes desarrollado favoreciendo la

absorcioacuten del As ya que al seacuteptimo se alcanzoacute el 999 de

remocioacuten con un 200 de mortalidad

Tabla 7 Remocioacuten de As de muestras del riacuteo Chico empleando

rizofiltracioacuten con pasto azul Tratamiento 1(2) Tratamiento 2(3)

Diacutea de

tratamiento Concentracioacuten As

solucioacuten (mgL-1) Diacutea de

tratamiento Concentracioacuten As

solucioacuten (mgL-1)

LMP(1) 005 LMP(1) 005

0 0270 0 0270

1 0206 1 0204 2 0094 2 0185

6 0051 5 0090

7 0026 6 0037

8 0007 7 0001

(1) Liacutemite Maacuteximo Permisible Anexo 1 Tabla 2 TULSMA

(2) Tratamiento 1 5000 mL de muestra 15 plantas y 4 meses de crecimiento (3) Tratamiento 2 3000 mL de muestra 10 plantas y 5 meses de crecimiento

Figura 4 Remocioacuten de As en funcioacuten de la concentracioacuten inicial

Para determinar coacutemo afecta la concentracioacuten de As en la

remocioacuten de este metal a traveacutes de rizofiltracioacuten se realizoacute una

comparacioacuten entre los resultados del Tratamiento 1 de las 2

muestras de agua de los cuerpos hiacutedricos del Distrito Minero

Camilo Ponce Enriacutequez Los resultados obtenidos se muestran

en la Figura 4 en esta comparacioacuten se puede observar que a

menor concentracioacuten de As se llega en menor tiempo a valores

bajo los liacutemites permisibles La muestra del riacuteo Siete al primer

diacutea de tratamiento alcanza este valor mientras que la muestra

del riacuteo Chico lo alcanza al sexto diacutea

Para el seacuteptimo diacutea las dos muestras de estudio alcanzaron el

mismo rango de concentracioacuten de As que es inferior al liacutemite

maacuteximo permisibles establecido en la normativa ambiental

Asiacute mismo se puede observar que las plantas una vez que

absorben maacutes del 50 empiezan a reducir su capacidad de

absorcioacuten lo que puede atribuirse a que la planta estaacute

saturaacutendose ya no reconoce al As como fosfato

352 Remocioacuten de As de muestras de agua de efluentes

liacutequidos de dos plantas de beneficio de oro a escala

laboratorio

De acuerdo a PRODEMINCA (1998) en las cuencas de los

riacuteos Chico y Siete se ubica una extensa explotacioacuten auriacutefera a

partir de minerales que contienen sulfuros Las teacutecnicas de

explotacioacuten y beneficio no son en su mayoriacutea eficientes como

tampoco lo es la disposicioacuten de los efluentes esto genera

afectacioacuten a los cuerpos hiacutedricos de la zona Por ello se evaluoacute

la remocioacuten de As por rizofiltracioacuten para los efluentes de dos

plantas de beneficio instaladas en las riveras de estos riacuteos

Para cada ensayo se partioacute de 5000 mL de efluentes liacutequidos

y 15 plantas de pasto azul de 4 meses de crecimiento cuyas

dimensiones en promedio fueron para la Planta de Beneficio

1 6547 cm (hojas) y 1213 cm (raiacutez) y para la Planta de

Beneficio 2 6270 cm (hojas) y 148 cm (raiacutez) En la Tabla 8

se presentan los resultados del Tratamiento 1 para cada planta

de beneficio

En la Tabla 8 se observa que las concentraciones As del

efluente de la Planta de Beneficio 1 es superior en 04 mgL-1

del liacutemite maacuteximo permisible por lo que al segundo diacutea de

tratamiento ya se alcanzan valores bajo el liacutemite que

corresponde al 610 de remocioacuten del metaloide

000

003

006

009

012

015

018

021

024

027

030

0 1 2 3 4 5 6 7 8 9

Con

cen

trac

ioacuten

n d

e A

s en

solu

cioacuten

(mgL

-1)

Diacuteas de tratamiento

Riacuteo Siete Riacuteo Chico Liacutemite maacuteximo permisible

Remocioacuten de Arseacutenico de Efluentes Liacutequidos de Plantas de Beneficio de Oro y Cuerpos Hiacutedricos de la Zona Minera de Ponce Enriacutequez por Rizofiltracioacuten con Pasto Azul (dactylis glomerata)

Tabla 8 Remocioacuten de As de muestras de efluente liacutequido de dos plantas de

beneficio empleando rizofiltracioacuten con pasto azul Planta de Beneficio 1 Planta de Beneficio 2

Diacutea de

tratamiento

Concentracioacuten As

en solucioacuten

(mgL-1)

Diacutea de

tratamiento

Concentracioacuten As

en solucioacuten

(mgL-1)

LMP(1) 010 LMP(1) 010

0 0140 0 0240

1 0113 1 0188

2 0055 3 0092

6 0043 8 0034

7 0030 13 0023 8 0024 14 0014

9 0011 15 0010

(1) Liacutemite Maacuteximo Permisible Anexo 1 Tabla 9 Liacutemites de Descarga a un Cuerpo de Agua Dulce TULSMA

Sin embargo se continuoacute con el proceso hasta alcanzar la

concentracioacuten miacutenima recomendada por la Organizacioacuten

Mundial de la Salud (10 ug L-1) valor que se lo alcanzoacute al

noveno diacutea de tratamiento con un porcentaje de remocioacuten del

921 y una mortalidad de las especies de pasto azul del 80

Por otro lado para la Planta de Beneficio 2 se partioacute de

concentracioacuten de As dos veces superior al liacutemite maacuteximo

permisible de 010 mgL-1 para el tercer diacutea de tratamiento ya

se obtuvieron concentraciones bajo el liacutemite que corresponden

al 63 de remocioacuten al igual que el tratamiento aplicado al

efluente de la planta de beneficio 1 se continuoacute con el mismo

hasta alcanzar una concentracioacuten de 001 mgL-1 de As

presente en la muestra de estudio este valor se obtuvo al

deacutecimo quinto diacutea lo que representa el 96 de remocioacuten con

un porcentaje de mortandad del 80

Al igual que con las muestras de agua de los cuerpos hiacutedricos

se realizoacute otro ensayo para los efluentes de plantas de

beneficio en el que se varioacute el tiempo de crecimiento de las

especies de pasto azul de 4 a 5 meses y se mantuvo el volumen

de 5000 mL de muestra cuyos resultados se presentan en las

Figuras 5 y 6

Para la Planta de Beneficio 1 se redujo el nuacutemero de especies

de 15 a 10 plantas de pasto azul con dimensiones promedio de

183 cm de raiacutez y 649 cm de hojas Bajo estos paraacutemetros se

alcanzoacute al primer diacutea de tratamiento una concentracioacuten de As

de 0076 mgL-1 valor inferior al liacutemite maacuteximo permisible y

para el octavo diacutea se alcanzoacute el 936 de remocioacuten con un

600 de mortalidad valores que se presentan en la Figura 5

Figura 5 Remocioacuten de As de efluentes liacutequidos de Planta de Beneficio 1 en funcioacuten del nuacutemero de plantas de pasto azul

Figura 6 Remocioacuten de As de efluentes liacutequidos de Planta de Beneficio 2 (PB2) variando dimensiones de planta y tiempo de crecimiento

De la Figura 5 se puede determinar que al trabajar con un

menor nuacutemero de especies se presenta la misma tendencia que

al emplear 15 plantas de pasto azul esto se debe a que el

sistema radicular de las especies del segundo tratamiento se

encontraba maacutes desarrollado lo que favorecioacute en el proceso de

absorcioacuten de As ya que al tener un xilema maacutes desarrollado

aumenta la capacidad hiperacumuladora de metales por las

plantas de acuerdo a lo sentildealado por Rascio amp Navari-Izzo

(2011)

Para la Planta de Beneficio 2 se consideroacute solo al tiempo de

crecimiento de las especies como paraacutemetro de variacioacuten en

este tratamiento se empleoacute 15 especies de pasto azul de 5

meses cuyas dimensiones promedio fueron de 127 cm de raiacutez

y 552 cm de hojas bajo estas condiciones al deacutecimo cuarto

diacutea se llegoacute a una concentracioacuten de 0019 mgL-1 que

representa el 92 de remocioacuten de As Estos resultados fueron

graficados en la Figura 6 conjuntamente con los datos del

Tratamiento 1 y se puede evidenciar que no existe una

variacioacuten significativa entre ellos a pesar de que el sistema

radicular de las especies del Tratamiento 2 eran inferiores sin

embargo permanecieron un mayor tiempo en contacto con

solucioacuten nutritiva

353 Variacioacuten de crecimiento de raiacutez y hojas de especies

pasto azul empleado en rizofiltracioacuten

A fin de determinar coacutemo afecta la absorcioacuten de As en el

crecimiento de las plantas empleadas en la rizofiltracioacuten se

procedioacute a medir la raiacutez y hojas antes y despueacutes del

tratamiento Los resultados se presentan en la Tabla 9

Tabla 9 Dimensiones de raiacutez y hojas de pasto azul

Muestra Parte Dimensiones (cm) Diacuteas

tratamiento

de

remocioacuten As Inicial Final

Riacuteo Siete Hojas 5327 5435

15 9715 Raiacutez 1147 1021

Riacuteo Chico Hojas 6260 6543

8 9740 Raiacutez 1273 1527

Planta de

Beneficio 1

Hojas 6547 6778 9 9214

Raiacutez 1213 1219

Planta de

Beneficio 2

Hojas 6270 6520 15 9600

Raiacutez 1480 880

000

002

004

006

008

010

012

014

0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10

Con

cen

trac

ioacuten

de

As

en s

olu

cioacuten

(mgL

-1)

Diacutea de Tratamiento

Rizofiltracioacuten 15 plantas 5 L Rizofiltracioacuten 10 plantas 5 LLiacutemite maacuteximo permisible

000

003

006

009

012

015

018

021

024

027

0 2 4 6 8 10 12 14 16

Con

cen

trac

ioacuten

n d

e A

s en

solu

cioacuten

(mgL

-1)

Diacuteas de tratamiento

Tratamiento 1_PB2 Tratamiento 2_PB2

Liacutemite maacuteximo permisible

Remocioacuten de Arseacutenico de Efluentes Liacutequidos de Plantas de Beneficio de Oro y Cuerpos Hiacutedricos de la Zona Minera de Ponce Enriacutequez por Rizofiltracioacuten con Pasto Azul (dactylis glomerata)

De los datos presentados se observa que a un mayor tiempo

de retencioacuten el sistema radicular decrece debido a que se ve

debilitado por el contacto con la solucioacuten sin embargo en los

tratamientos que duraron la mitad del tiempo de retencioacuten se

tiene un crecimiento de la raiacutez de las plantas empleadas esto

puede deberse a que hasta ese tiempo la planta asimila al As

como fosfato que es utilizado como nutriente es decir

estimuloacute la produccioacuten de biomasa de raiacuteces manteniendo

concordancia con lo descrito por Vaacutesquez et al (2009) en su

ensayo con plantas de soja en soluciones de arseniato

Ademaacutes se observa que las dimensiones de las hojas de las

especies incrementa esto debido a que el As no afectoacute el

crecimiento de la planta ya que las concentraciones a las que

fueron expuestas son bajas entre 012 y 027 mgL-1

manteniendo concordancia con lo descrito por Machlis (1945)

quien que sentildeala que concentraciones de As de hasta 05 a

06 mgL-1 no suprimen el crecimiento de las plantas

354 Anaacutelisis de As en raiacutez y hojas de plantas de pasto azul

empleado en rizofiltracioacuten

A fin de determinar la cantidad de As retenido por las especies

de pasto azul que fueron empleadas en los diferentes

tratamientos de rizofiltracioacuten se procedioacute a tomar una muestra

de 3 plantas representativas con la raiacutez maacutes abundante y un

promedio de longitud de 13 cm las cuales fueron sometidas a

una disgregacioacuten aacutecida conforme al numeral 233 y

posteriormente se analizoacute la concentracioacuten de As tanto en raiacutez

como hojas mediante ICP-OES

Dushenkov et al (1995) y Del Toro et al (2013) en sus

estudios sentildealaron que la mayoriacutea de las plantas retienen gran

parte de la carga de plomo y As respectivamente en la raiacutez y

una pequentildea fraccioacuten se transporta preferentemente a las hojas

donde es secuestrada y acumulada en la vacuola celular esto

corrobora los datos presentados en la Tabla 10 en los cuales

se puede observar que en promedio maacutes del 768 del

metaloide de intereacutes se retuvo en el sistema radicular y hasta

un 231 en las hojas debido a que el As se inmovilizo en el

sistema radicular de la planta

Por otro lado tambieacuten se analizoacute una muestra de plantas que

no se sometieron a tratamiento de rizofiltracioacuten cuyos

resultados sirvieron para compararlos con las especies

aplicadas en las muestras de agua de los riacuteos asiacute como en las

descargas liacutequidas de las Plantas de Beneficio obteniendo que

los valores maacuteximos superan 10 y 15 veces al valor obtenido

en el blanco ademaacutes las plantas que estuvieron expuestas a las

mayores concentraciones de As (0240 y 0270 mgL-1)

presentaron los valores maacutes altos es decir la absorcioacuten de As

fue directamente proporcional a la concentracioacuten inicial del

metaloide

Tabla 10 Concentracioacuten de As en raiacutez y hojas de pasto azul empleadas en

rizofiltracioacuten

MUESTRA As (mgg-1) As

Raiacutez Hojas Raiacutez Hojas

BLANCO 0109 0019 852 148 RIO CHICO 1069 0360 748 252

RIO SIETE 0220 0082 728 272

PLANTA DE BENEFICIO 1 1624 0248 868 132 PLANTA DE BENEFICIO 2 0127 0047 731 269

Tabla 11 Anaacutelisis de Varianza de resultados de absorcioacuten de As con

diferentes tipos de muestras FV SC gl CM F p

Modelo 006 7 001 185 01 Muestra de tratamiento 006 7 001 185 01

Error 026 59 0 Total 031 66

SC=Suma de cuadrados F=valor estadiacutestico de distribucioacuten de Snedecor

p=valor estadiacutestico para aceptar o rechazar una hipoacutetesis

gL=grados de libertad CM=Media cuadraacutetica

Por otra parte la mayor acumulacioacuten de As en la raiacutez puede

deberse a factores internos de tolerancia de la planta como los

exudados radiculares que estaacuten formados por aacutecidos orgaacutenicos

que permiten la tolerancia de metales en el sistema radical que

pueden influenciar de manera directa en la solubilidad de

elementos ya sean esenciales o no a traveacutes de la acidificacioacuten

quelacioacuten precipitacioacuten y procesos de oacutexidondashreduccioacuten en la

rizoacutesfera y de forma indirecta mediante efectos en la actividad

microbiana en las propiedades fiacutesicas de la rizoacutesfera y en la

dinaacutemica de crecimiento de la raiacutez esto de acuerdo a lo

sentildealado por Gonzales y Zapata (2008) y lo verificado por

Dushenkov et al (1995) en su estudio empleando pasto para

remover plomo

36 Anaacutelisis estadiacutesticos de resultados de tratamiento de

rizofiltracioacuten

Los datos obtenidos referentes a la absorcioacuten de As de las 4

muestras empleadas en el estudio fueron analizados por el

meacutetodo ANOVA utilizando el sistema INFOSTATL a fin de

determinar si existe varianza significativa o no entre los

resultados de absorcioacuten de As de muestras de agua de 2 riacuteos y

2 efluentes de plantas de beneficio de la zona minera de

Camilo Ponce Enriacutequez hasta alcanzar valores inferiores al

liacutemite maacuteximo permisible cuyos resultados se presentan en la

siguiente Tabla

De las Tablas 11 y 12 se determina que el valor obtenido de p

es mayor que el 50 lo que significa que los resultados no

son significativamente diferentes entre siacute ya que se encuentran

dentro del mismo rango por lo que el tratamiento de

rizofiltracioacuten para muestras de agua que se encuentran sobre

los liacutemites maacuteximos permisibles establecidos por la normativa

ambiental son aplicables tanto para agua de cuerpos hiacutedricos

asiacute como para efluentes liacutequidos de plantas de beneficio

Ademaacutes todos los resultados presentan medias similares por

lo que se ubican en un mismo rango reforzando la hipoacutetesis

de que el tratamiento es aplicable a diferentes muestras de

agua

Tabla 12 Test de Tukey 5

Muestra de Tratamiento Medias n EE Rango

Rio Siete A 003 12 002 A

Rio Siete B 004 6 003 A

PLANTA DE BENEFICIO 1 A 006 8 002 A PLANTA DE BENEFICIO 1 B 006 7 002 A

PLANTA DE BENEFICIO 2 B 006 11 002 A

PLANTA DE BENEFICIO 2 A 007 10 002 A Rio Chico A 011 7 002 A

Rio Chico B 013 6 003 A

n=nuacutemero de muestras EE=error estaacutendar

Remocioacuten de Arseacutenico de Efluentes Liacutequidos de Plantas de Beneficio de Oro y Cuerpos Hiacutedricos de la Zona Minera de Ponce Enriacutequez por Rizofiltracioacuten con Pasto Azul (dactylis glomerata)

37 Anaacutelisis de resultados de implementacioacuten de ensayo a

escala piloto y propuesta de humedal para depuracioacuten

de efluentes liacutequidos

A fin de que el proceso de estudio sea aplicable como una

alternativa de tratamiento de efluentes liacutequidos de la industria

minera se consideroacute su aplicacioacuten en humedales artificiales

con pasto azul Para este proceso se emplearon 15 plantas en

cada humedal con 6 meses de crecimiento y dimensiones

promedio de 284 cm (raiacutez) y 660 cm (hojas) en el primer

humedal y 257 cm (raiacutez) y 594 cm (hojas) para el segundo

humedal las mismas que previamente se desarrollaron de

manera hidropoacutenica y fueron trasplantadas a los humedales

donde se adaptaron por 5 diacuteas (Seccioacuten 24)

Considerando que en los resultados de seccioacuten 36 se observa

que al segundo diacutea de tratamiento ya se obtienen valores de As

bajo el liacutemite maacuteximo permisible establecido en la normativa

ambiental para este estudio se consideroacute un tiempo de

retencioacuten de 48 horas previo a la descarga del efluente liacutequido

cuyos resultados se presentan en la Tabla 13

De los resultados se puede establecer que a las 48 horas se

logra obtener concentraciones de As bajo el liacutemite maacuteximo

permisible establecido por la normativa ambiental de

01 mgL-1 lo que corresponde al 98 y 95 de remocioacuten

del metaloide de los efluentes de las plantas de beneficio 1 y

2 respectivamente conforme se observoacute en los numerales

anteriores eacuteste porcentaje de remocioacuten se lo alcanza al seacuteptimo

o deacutecimo quinto diacutea de tratamiento sin embargo al combinar

la capacidad de absorcioacuten de As del pasto azul con el sustrato

empleado permiten incrementar la eficiencia del tratamiento

en un menor tiempo de aplicacioacuten

Otte amp Jacob (2006) sentildealan que existe una eficiencia del 65

para la remocioacuten de As empleando humedales artificiales

valor que confirma los datos obtenidos en la Tabla 13 Ademaacutes

se puede verificar que a menor concentracioacuten inicial se obtiene

una mayor remocioacuten del metaloide con una mortalidad del

10 debido a la capacidad de adaptacioacuten del pasto azul por

tanto pueden ser empleadas en varios procesos de

remediacioacuten sin embargo deberaacuten ser puestas en contacto con

solucioacuten nutritiva a fin de que las mismas se regeneren

Por otra parte con estos resultados se realizoacute la propuesta de

disentildeo de un humedal artificial para el tratamiento de efluentes

liacutequidos de plantas de beneficio a fin de disminuir la

concentracioacuten de As hasta niveles bajo el liacutemite maacuteximo

permisible para descargas liacutequidas a cuerpos hiacutedricos

Se considera un humedal artificial de flujo subsuperficial

vertical con comportamiento de un reactor de flujo ideal en

pistoacuten y modelo cineacutetico de remocioacuten de As de primer orden

(Culqui 2015)

Tabla 13 Remocioacuten de As en humedales artificiales con pasto azul

Tipo de muestra As (mgL-1) Remocioacuten

de As Inicial Final

Planta de Beneficio 1 014 0005 980

Planta de Beneficio 2 024 0013 950

(1) Liacutemite Maacuteximo Permisible Anexo 1 Tabla 9 Liacutemites de Descarga a un Cuerpo de Agua Dulce TULSMA

Tabla 14 Dimensionamiento de un humedal artificial Paraacutemetro Descripcioacuten Unidad Valor

Consideraciones

H(1) Altura Humedal m 060

Q Caudal entrada Ldiacutea-1 288000 Co Concentracioacuten Inicial As mgL-1 024

Cf Concentracioacuten Final de As mgL-1 0015

k Constante cineacutetica diacutea-1 -138 Ɛ(2) Porosidad del material 038

Dimensiones

As Aacuterea superficial total m2 2526

W Ancho m 410 L Largo m 616

t Tiempo de retencioacuten hidraacuteulico diacutea 2

n Nuacutemero de celdas 2

(1) Luna amp Castantildeeda 2014 (2) Saacutenchez 2010

Las dimensiones del humedal propuesto para el tratamiento se

presentan en la Tabla 14 donde se consideroacute una planta de

beneficio de pequentildea mineriacutea que descarga 010 Lseg-1 que

corresponderiacutea al caudal miacutenimo de entrada al humedal con

estos datos se establecioacute que se requiere un aacuterea superficial de

2526 m2 con dimensiones de 410 m de ancho 616 m de

largo y 060 m de profundidad Con un tiempo de retencioacuten de

2 diacuteas para alcanzar la remocioacuten de As hasta valores bajo la

norma ambiental aplicable

Para tratar mayores caudales de efluentes en los humedales

artificiales se deberiacutean emplear aacutereas maacutes extensas mayor

tiempo de retencioacuten y mayor nuacutemero de plantas por ellos se

podriacutean establecer varios humedales en paralelo

4 CONCLUSIONES

Para la ejecucioacuten del presente estudio se contemplaron los tres

principales distritos mineros de pequentildea mineriacutea del Ecuador

determinando que los cuerpos hiacutedricos de Camilo Ponce

Enriacutequez en promedio superaban 20 veces el liacutemite maacuteximo

permisible de As establecido en la Tabla 2 Criterio de Calidad

Admisible para la preservacioacuten de la vida acuaacutetica y silvestre

en agua dulce marinas y de estuario del Anexo del Texto

Unificado de Legislacioacuten Secundaria del Ministerio del

Ambiente las altas concentraciones de As puede deberse a la

geologiacutea de la zona asiacute como a las ineficientes teacutecnicas de

explotacioacuten y procesamiento del mineral por parte de los

mineros artesanales y pequentildeos mineros

Las plantas que presentan mejores caracteriacutesticas para la

absorcioacuten de As en solucioacuten son el jacinto de agua pasto azul

y helecho acuaacutetico miniatura De estas el pasto azul presentoacute

el 96 de remocioacuten de As con un 473 de mortalidad y 28

de marchitamiento para soluciones con una concentracioacuten de

0154 mgL-1 del metaloide en referencia por lo que se

seleccionoacute esta especie como la maacutes resistente para los

tratamientos de rizofiltracioacuten

El tratamiento de rizofiltracioacuten con pasto azul aplicado a

muestras de agua tanto de cuerpos hiacutedricos como efluentes

liacutequidos de plantas de beneficio de la zona minera de Camilo

Ponce Enriacutequez que presentaban concentraciones de As entre

0120 y 0270 mgL-1 permite obtener maacutes del 90 de

remocioacuten de As llegando a concentraciones inferiores al

liacutemite maacuteximo permisible tanto el establecido por la normativa

ambiental ecuatoriana asiacute como por la Organizacioacuten Mundial

Remocioacuten de Arseacutenico de Efluentes Liacutequidos de Plantas de Beneficio de Oro y Cuerpos Hiacutedricos de la Zona Minera de Ponce Enriacutequez por Rizofiltracioacuten con Pasto Azul (dactylis glomerata)

de la Salud por lo que se puede establecer que el tratamiento

de rizofiltracioacuten es aplicable a muestras reales que contienen

varios metales disueltos con resultados similares a los

alcanzados empleando soluciones sinteacuteticas de un metal en

especiacutefico es decir que los otros metales no inhibieron la

capacidad del pasto azul para absorber As

Las plantas de pasto azul con mayores dimensiones de su

sistema radicular presentan los porcentajes de remocioacuten de As

superiores como se evidencia en las muestras del riacuteo Chico y

Planta de Beneficio 2 de 974 y 96 respectivamente es

decir la remocioacuten del contaminante incrementa con el tamantildeo

de la raiacutez

Las plantas de pasto azul empleadas en el tratamiento de

rizofiltracioacuten presentaron un incremento de longitud de raiacuteces

y hojas de 219 cm en promedio lo que indica que las

concentraciones de As a las que estuvieron expuestas no

inhibieron el desarrollo de las mismas por lo que una vez

finalizado el tratamiento eacutestas pueden ser regeneradas en

contacto con solucioacuten nutritiva

Maacutes del 70 del As contenido en las especies usadas para el

tratamiento de rizofiltracioacuten se acula en el sistema radicular

esto debido tanto a la retencioacuten del metaloide en la pared

celular como a la complejacioacuten de las fitoquelatinas en la

vacuola celular de la planta

El tratamiento de rizofiltracioacuten en un humedal artificial

incrementa su eficiencia debido a la interaccioacuten que existe

entre las raiacuteces y el sustrato lo que permite que al segundo diacutea

se alcance el 95 de remocioacuten de As del efluente liacutequido

industrial llegando a valores inferiores al liacutemite maacuteximo

permisible de 01 mgL-1 establecido por la normativa

ambiental ecuatoriana concentracioacuten a la cual es permitida su

descarga a un cuerpo hiacutedrico

Un humedal artificial de flujo subsuperficial vertical con

plantas enraizadas de un aacuterea superficial de 2526 m2 (410 m

de ancho por 616 m de largo) con un tiempo de retencioacuten de

2 diacuteas puede ser empleado para tratar efluentes liacutequidos

industriales con porcentajes de remocioacuten de As superiores al

95 para una capacidad de 2880 Ldiacutea-1

Una vez finalizado el tratamiento de rizofiltracioacuten las plantas

empleadas para la absorcioacuten de metales deben ser gestionadas

como un desecho peligroso debido a su alta concentracioacuten de

metales por lo que se recomienda que las mismas sean

incineradas previo a su disposicioacuten final ya sean en celdas de

seguridad o reutilizarlas como fuente para recuperar los

metales

5 AGRADECIMIENTO

Los autores muestran su agradecimiento al Departamento de

Metalurgia Extractiva (DEMEX) de la Escuela Politeacutecnica

Nacional por el financiamiento de la presente investigacioacuten

mediante los fondos del proyecto PII-DEMEX-001-2019

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Remocioacuten de Arseacutenico de Efluentes Liacutequidos de Plantas de Beneficio de Oro y Cuerpos Hiacutedricos de la Zona Minera de Ponce Enriacutequez por Rizofiltracioacuten con Pasto Azul (dactylis glomerata)

Adicionalmente para la seleccioacuten de la zona de estudio se

consideroacute la informacioacuten del Catastro Minero (ARCOM

2019) se determinoacute que en el distrito Camilo Ponce Enriacutequez

se ubican 25 concesiones mineras y 38 plantas de beneficio de

las cuales maacutes del 95 no estaacuten regularizados ambientalmente

para la ejecucioacuten de sus labores mineras por lo que estas no

cuentan con las medidas ambientales necesarias para cumplir

con los requerimientos establecidos por la Maacutexima Autoridad

Ambiental en la gestioacuten de sus descargas Esta situacioacuten

afecta a la calidad de los cuerpos hiacutedricos que se ubican cerca

de estas actividades los mismos que aguas abajo son utilizados

para consumo humano y riego

Por esta razoacuten se identificaron dos plantas de beneficio

ubicadas en la zona de influencia de los cuerpos hiacutedricos

seleccionados cuyos efluentes liacutequidos presentaron

concentraciones de As superiores a 01 mgL-1 que

corresponde al liacutemite maacuteximo permisible establecido en el

Anexo 1 Tabla 9 (Ministerio del Ambiente 2015)

31 Georreferenciacioacuten de las muestras empleadas

Una vez seleccionados los dos riacuteos y las dos plantas de

beneficio se georreferenciaron los puntos objeto de estudio

para lo que se tomaron las coordenadas de cada uno de ellos

en el sistema WGS 84 ndash 17 Sur que se detalla en la Tabla 3

Se debe sentildealar que existe una distancia aproximada de 6 Km

en liacutenea recta desde el punto de muestreo del cuerpo hiacutedrico y

la planta de beneficio que se ubica sobre el mismo es decir

que el efluente liacutequido con el que se trabajaraacute contribuye con

carga contaminante al cuerpo hiacutedrico de estudio por lo que es

importante la aplicacioacuten de sistemas de tratamiento previo a su

descarga

32 Caracterizacioacuten de las muestras de cuerpos hiacutedricos y

efluentes de plantas de beneficio de oro

Una vez identificados los puntos de estudio se procedioacute con

un muestreo puntual de agua en cada uno de ellos para lo cual

se siguioacute los lineamientos de la Norma Teacutecnica INEN 2176

(Seccioacuten 212) Las muestras fueron caracterizadas a fin de

determinar la concentracioacuten inicial de metales como Cu Cd

Pb Fe Zn Hg y As ademaacutes se midioacute el pH factor importante

al momento de la remocioacuten del metal pesado de intereacutes

durante el proceso de rizofiltracioacuten los resultados se presentan

en la Tabla 4

Las muestras de agua superficial tomadas en los dos cuerpos

hiacutedricos y las dos muestras de efluentes liacutequidos de plantas de

beneficio presentan valores de As sobre los liacutemites maacuteximos

permisibles establecidos en la normativa ambiental

ecuatoriana manteniendo concordancia con los datos

presentados en la Tabla 2 del presente documento

Tabla 3 Coordenadas de los cuatro puntos de muestreo

Muestra Nomenclatura Coordenadas WGS 84-17S

Norte Este

Riacuteo Siete RS 636474 9661446 Riacuteo Chico CH 644996 9668296

Planta de beneficio 1 PB1 642260 9657706

Planta de beneficio 2 PB2 651264 9665731

Tabla 4 Caracterizacioacuten de muestras de cuerpos hiacutedricos y plantas de

beneficio

Paraacutemetro

analizadoss

Muestra

Riacuteo

Siete(1)

Riacuteo

Chico(1)

Planta de

Beneficio 1(2)

Planta de

Beneficio 2(2)

pH 780 835 787 840

Metales

(mgL-1)

As 012 027 014 024

Cu 001 001 028 533 Fe 002 lt001 009 010

Pb 008 002 003 001

Zn 001 lt001 002 002 Cd lt001 lt001 001 lt001

Hg 00002 00003 00004 00001

(1) Liacutemite Maacuteximo Permisible Anexo 1 Tabla 2 TULSMA (2) Liacutemite Maacuteximo Permisible Anexo 1 Tabla 9 TULSMA

La concentracioacuten de As del riacuteo Chico supera 5 veces al liacutemite

maacuteximo permisible establecido por la Autoridad Ambiental

Nacional siendo eacuteste el valor maacutes alto de las 4 muestras

analizadas Esto puede deberse a que en su parte superior

recibe una considerable aporte de la contaminacioacuten de las

actividades mineras de la zona de San Gerardo conforme a lo

sentildealado por PRODEMINCA (1998) donde se destaca que en

las descargas de efluentes el principal elemento presente es el

As un ejemplo de ello es la planta de beneficio 2 cuya

concentracioacuten de As es 024 mgL-1 que representa maacutes del

doble del liacutemite permisible que corresponde a 01 mg L-1

afectando la capacidad de autodepuracioacuten del cuerpo hiacutedrico

esta actividad se desarrolla a 6 Km del punto de toma de

muestra del riacuteo en referencia

33 Seleccioacuten de especie con mayor capacidad de absorcioacuten

de As en medio acuoso

Para la seleccioacuten de la especie maacutes adecuada para la remocioacuten

de As a traveacutes de rizofiltracioacuten se partioacute de los resultados

previos obtenidos por Barreto (2019) en los cuales se

consideraron 16 especies iniciales entre terrestres y acuaacuteticas

las mismas que fueron puestas por 48 horas en contacto con

una solucioacuten sinteacutetica de 45 mgL-1 de As a fin de determinar

la que presentaba mayor remocioacuten de eacuteste metaloide

En funcioacuten de los resultados obtenidos por Barreto (2019) se

seleccionaron tres especies dos acuaacuteticas (jacinto de agua y

helecho acuaacutetico miniatura) y una terrestre (pasto azul) que

fueron desarrollados por medios hidropoacutenicos y puestas en

contacto con soluciones sinteacuteticas de As de concentraciones de

0154 mgL-1 0375 mgL-1 y 0847 mgL-1 por 15 diacuteas

obteniendo los siguientes resultados

Se determinoacute que el jacinto de agua remueve el mayor

porcentaje de As de soluciones sinteacuteticas obteniendo un valor

maacuteximo de 98 al estar en contacto con una solucioacuten sinteacutetica

de 0154 mgL-1 de As sin embargo su tasa de mortalidad y

marchitamiento fue 76 y 78 respectivamente en cambio el

pasto azul para la misma concentracioacuten de As removioacute el 96

del metaloide con una mortalidad del 437 y 28 de

marchitamiento por lo que esta especie tuvo la mejor

adaptabilidad ya que no se vio afectado su desarrollo Esto

concuerda con los sentildealado por Raskyn et al (1997) respecto

a que las especies terrestres desarrolladas en medios

hidropoacutenicos son maacutes aptas para la remocioacuten de metales

pesados presentes en solucioacuten

Remocioacuten de Arseacutenico de Efluentes Liacutequidos de Plantas de Beneficio de Oro y Cuerpos Hiacutedricos de la Zona Minera de Ponce Enriacutequez por Rizofiltracioacuten con Pasto Azul (dactylis glomerata)

Tabla 5 Evaluacioacuten de remocioacuten de As de soluciones sinteacuteticas

Especie Remocioacuten As () Mortalidad

()

Marchita

() T-1(1) T-2(2) T-3(3

Jacinto agua 980 580 640 760 780

Pasto azul 960 570 700 473 280 Helecho 840 440 430 100 100

(1) T-1 Solucioacuten sinteacutetica 0154 mgL-1

(2) T-2 Solucioacuten sinteacutetica 0375 mgL-1 (3) T-3 Solucioacuten sinteacutetica 0847 mgL-1

Dushenkov et al (1995) sentildeala que las raiacuteces de las plantas

terrestres tienen una capacidad intriacutenseca para absorber y

precipitar metales pesados de soluciones y que los pastos

tienen la propiedad de regenerar su raiacutez siendo esto

beneficioso para emplearlos en procesos de rizofiltracioacuten Bajo

estos criterios se seleccionoacute a la especie de pasto azul como la

de mejores caracteriacutesticas para la aplicacioacuten del tratamiento de

rizofiltracioacuten en muestras de cuerpos hiacutedricos y efluentes

liacutequidos de plantas de beneficio con concentraciones de As

superiores a los liacutemites maacuteximos permisibles

34 Desarrollo de cultivos hidropoacutenicos de pasto azul

(dactylis glomerata)

Para el desarrollo de cultivos hidropoacutenicos de pasto azul se

emplearon 276 cubos de sustrato en los cuales se colocaron de

3 a 5 semillas de acuerdo a la metodologiacutea descrita en la

Seccioacuten 222 En eacutesta fase se obtuvo un 640 de germinacioacuten

a los 11 diacuteas de proceso Al final de este periodo las plaacutentulas

presentaron un promedio de crecimiento de 188 cm

Las semillas germinadas fueron colocadas en bandejas con

solucioacuten nutritiva de las cuales el 760 alcanzaron una

longitud de entre 10 a 12 cm posterior a ello se trasladaron al

sistema hidropoacutenico vertical NFT en esta etapa

permanecieron de 4 a 5 meses previo a ser empleadas en el

tratamiento de rizofiltracioacuten para lo cual alcanzaron

longitudes promedio de 60 cm en hojas y 12 cm en raiacutez

(Seccioacuten 222)

Durante el crecimiento de las plantas se controloacute la presencia

de plagas y mortalidad de las mismas para contrarrestar la

plaga de pulgoacuten verde que sufrieron al tercer mes de

crecimiento se empleoacute una insecticida natural que conteniacutea

ajo y agua (relacioacuten 19) con ello se eliminoacute el 80 de la plaga

en el plazo de 24 horas Adicionalmente se repitioacute el proceso

cada 2 diacuteas hasta obtener el 100 de depuracioacuten

Semanalmente se limpiaron las hojas marchitas de las plantas

a fin de que eacutestas se regeneren

35 Resultados de remocioacuten de As por rizofiltracioacuten

empleando pasto azul a escala laboratorio

351 Remocioacuten de As de muestras de agua superficial de

dos cuerpos hiacutedricos

Con base en los resultados de la caracterizacioacuten de las

muestras de agua superficial de los riacuteos Chico y Siete cuya

concentracioacuten de As sobrepasaba el liacutemite maacuteximo permisible

de 005 (mgL-1) y considerando los resultados presentados en

la Tabla 5 donde se verificoacute que el pasto azul (dactylis

glomerata) presentaba porcentajes de remocioacuten de As

superiores al 50 con una mortalidad del 473 se procedioacute

directamente a la aplicacioacuten del tratamiento de rizofiltracioacuten

para las muestras de agua

Las plantas empleadas en los tratamientos se desarrollaron en

cultivos hidropoacutenicos con solucioacuten nutritiva a fin de que la

raiacutez de la especie vegetal se adapte al medio acuoso de

acuerdo a lo detallado en la Seccioacuten 222

Para la muestra de agua del riacuteo Siete se realizoacute dos

tratamientos en el primero se empleoacute 15 plantas de pasto azul

con 4 meses de crecimiento cuyas dimensiones promedio

fueron 5327 cm hojas y 1147 cm raiacutez Para el segundo

tratamiento se redujo el nuacutemero de especies a 10 plantas con

un tiempo de crecimiento de 5 meses y longitudes promedio

de 136 cm y 609 cm para raiacutez y hojas respectivamente

Conforme a los resultados sentildealados en la Tabla 6 para el

Tratamiento 1 al cuarto diacutea ya se contoacute con concentraciones

de As inferiores al liacutemite maacuteximo permisible de 005 mgL-1

establecido en la normativa ambiental aplicable para la

preservacioacuten de los cuerpos hiacutedricos Desde el diacutea quinto hasta

el deacutecimo tercer diacutea la reduccioacuten de la concentracioacuten del

metaloide se mantiene constante y al deacutecimo cuarto diacutea la

concentracioacuten de As se ubica bajo el liacutemite recomendable por

la Organizacioacuten Mundial de la Salud de 001 mgL-1

alcanzando su maacuteximo porcentaje de remocioacuten el deacutecimo

quinto diacutea de tratamiento con un 972 y una tasa de

marchitamiento del 80

El tratamiento se podriacutea aplicar hasta el cuarto diacutea tiempo en

el cual las plantas presentan una mortalidad del 40 con una

remocioacuten del 716 A partir de ese tiempo las especies

vegetales empiezan a perder su capacidad de tolerancia al As

esto puede deberse a que las fitoquelatinas que son peacuteptidos

que permiten la quelacioacuten o precipitacioacuten de los metales

pesados dentro de las vacuolas celulares y con ello evitar dantildeo

celular de las plantas estaacuten perdiendo su capacidad de

asociacioacuten con los metales lo que disminuye su remocioacuten

(Schat 2002 Yadav 2010)

En el ensayo de rizofiltracioacuten del Tratamiento 2 se puede

observar que al segundo diacutea de tratamiento ya se tienen

concentraciones menores al liacutemite maacuteximo permisible con un

porcentaje de remocioacuten del 737 Ademaacutes las plantas

presentaron un marchitamiento del 20 por lo que al emplear

especies maacutes maduras se puede tanto obtener mejores

resultados en menor tiempo como regenerar las especies para

aplicarlas en otros tratamientos ya que eacutestas se han adaptado

a la concentracioacuten de As Cabe sentildealar que las especies

utilizadas en este tratamiento presentaron un sistema radicular

maacutes desarrollado en comparacioacuten con las plantas del

tratamiento anterior

Al respecto en el estudio de Vaacutesquez et al (2009) se

establecioacute que las plantas han desarrollado varios mecanismos

para controlar la homeostasis de elementos esenciales y

soportar el estreacutes generado por elementos toacutexicos lo que le

permite adaptarse a ellos por lo que los altos porcentajes de

remocioacuten de As pueden atribuirse a que la planta asimiloacute a este

metaloide como un nutriente

Remocioacuten de Arseacutenico de Efluentes Liacutequidos de Plantas de Beneficio de Oro y Cuerpos Hiacutedricos de la Zona Minera de Ponce Enriacutequez por Rizofiltracioacuten con Pasto Azul (dactylis glomerata)

Tabla 6 Remocioacuten de As de muestras del riacuteo Siete empleando rizofiltracioacuten

con pasto azul Tratamiento 1(2) Tratamiento 2(3)

Diacutea de

tratamiento

Concentracioacuten

As solucioacuten

(mgL-1)

Diacutea de

tratamiento

Concentracioacuten

As solucioacuten

(mgL-1)

LMP(1) 005 LMP(1 005

0 0120 0 0120

1 0050 1 0061 4 0038 2 0032

5 0034 5 0014

7 0024 6 0006 15 0006 7 0001

(1) Liacutemite Maacuteximo Permisible Anexo 1 Tabla 2 TULSMA

(2) Tratamiento 1 5000 mL de muestra 15 plantas y 4 meses de crecimiento (3) Tratamiento 2 3000 mL de muestra 10 plantas y 5 meses de crecimiento

De acuerdo a Meharg A (2005) y Rangel et al (2015) el As

en forma de arseniato (As+5) puede sustituir al fosfato que es

considerado como un macronutriente de la solucioacuten nutritiva

en la cual se desarrollaron las plantas pues posee una

estructura anaacuteloga y por consiguiente puede entrar a las

ceacutelulas a traveacutes del sistema de transporte del fosfato

Para la muestra de agua del riacuteo Chico se partioacute de una

concentracioacuten de As de 027 mgL-1 y se tratoacute 5000 mL por

rizofiltracioacuten con 15 plantas de pasto azul de 4 meses de

crecimiento hidropoacutenico con dimensiones de 6260 cm y 1273

cm de longitud de hojas y raiacutez respectivamente De los

resultados obtenidos se determinoacute que al seacuteptimo diacutea la

concentracioacuten de As se encontroacute bajo el liacutemite maacuteximo

permisible tiempo que es superior en 3 diacuteas a los resultados

obtenidos en los tratamientos con las muestras del riacuteo Siete que

presentoacute una concentracioacuten inicial de As menor a la del riacuteo

Chico por lo que al octavo diacutea se finalizoacute el tratamiento y se

alcanzoacute una maacutexima remocioacuten de 974 con una mortalidad

del 70

Con estos resultados se realizoacute otro ensayo de rizofiltracioacuten

que corresponde al Tratamiento 2 en el que se redujo el

nuacutemero de plantas y el volumen de muestra de 5000 mL a

3000 mL a fin de determinar la influencia de estos factores en

la absorcioacuten de As En este caso se emplearon 10 plantas de

pasto azul con 5 meses de crecimiento cuyas dimensiones

fueron 1250 cm y 5180 cm de para raiacutez y hojas

respectivamente En la Tabla 7 se muestra que al sexto diacutea de

tratamiento presentaron valores bajo al liacutemite maacuteximo

permisible lo que puede deberse a que el sistema radicular de

estas especies estuvo maacutes desarrollado favoreciendo la

absorcioacuten del As ya que al seacuteptimo se alcanzoacute el 999 de

remocioacuten con un 200 de mortalidad

Tabla 7 Remocioacuten de As de muestras del riacuteo Chico empleando

rizofiltracioacuten con pasto azul Tratamiento 1(2) Tratamiento 2(3)

Diacutea de

tratamiento Concentracioacuten As

solucioacuten (mgL-1) Diacutea de

tratamiento Concentracioacuten As

solucioacuten (mgL-1)

LMP(1) 005 LMP(1) 005

0 0270 0 0270

1 0206 1 0204 2 0094 2 0185

6 0051 5 0090

7 0026 6 0037

8 0007 7 0001

(1) Liacutemite Maacuteximo Permisible Anexo 1 Tabla 2 TULSMA

(2) Tratamiento 1 5000 mL de muestra 15 plantas y 4 meses de crecimiento (3) Tratamiento 2 3000 mL de muestra 10 plantas y 5 meses de crecimiento

Figura 4 Remocioacuten de As en funcioacuten de la concentracioacuten inicial

Para determinar coacutemo afecta la concentracioacuten de As en la

remocioacuten de este metal a traveacutes de rizofiltracioacuten se realizoacute una

comparacioacuten entre los resultados del Tratamiento 1 de las 2

muestras de agua de los cuerpos hiacutedricos del Distrito Minero

Camilo Ponce Enriacutequez Los resultados obtenidos se muestran

en la Figura 4 en esta comparacioacuten se puede observar que a

menor concentracioacuten de As se llega en menor tiempo a valores

bajo los liacutemites permisibles La muestra del riacuteo Siete al primer

diacutea de tratamiento alcanza este valor mientras que la muestra

del riacuteo Chico lo alcanza al sexto diacutea

Para el seacuteptimo diacutea las dos muestras de estudio alcanzaron el

mismo rango de concentracioacuten de As que es inferior al liacutemite

maacuteximo permisibles establecido en la normativa ambiental

Asiacute mismo se puede observar que las plantas una vez que

absorben maacutes del 50 empiezan a reducir su capacidad de

absorcioacuten lo que puede atribuirse a que la planta estaacute

saturaacutendose ya no reconoce al As como fosfato

352 Remocioacuten de As de muestras de agua de efluentes

liacutequidos de dos plantas de beneficio de oro a escala

laboratorio

De acuerdo a PRODEMINCA (1998) en las cuencas de los

riacuteos Chico y Siete se ubica una extensa explotacioacuten auriacutefera a

partir de minerales que contienen sulfuros Las teacutecnicas de

explotacioacuten y beneficio no son en su mayoriacutea eficientes como

tampoco lo es la disposicioacuten de los efluentes esto genera

afectacioacuten a los cuerpos hiacutedricos de la zona Por ello se evaluoacute

la remocioacuten de As por rizofiltracioacuten para los efluentes de dos

plantas de beneficio instaladas en las riveras de estos riacuteos

Para cada ensayo se partioacute de 5000 mL de efluentes liacutequidos

y 15 plantas de pasto azul de 4 meses de crecimiento cuyas

dimensiones en promedio fueron para la Planta de Beneficio

1 6547 cm (hojas) y 1213 cm (raiacutez) y para la Planta de

Beneficio 2 6270 cm (hojas) y 148 cm (raiacutez) En la Tabla 8

se presentan los resultados del Tratamiento 1 para cada planta

de beneficio

En la Tabla 8 se observa que las concentraciones As del

efluente de la Planta de Beneficio 1 es superior en 04 mgL-1

del liacutemite maacuteximo permisible por lo que al segundo diacutea de

tratamiento ya se alcanzan valores bajo el liacutemite que

corresponde al 610 de remocioacuten del metaloide

000

003

006

009

012

015

018

021

024

027

030

0 1 2 3 4 5 6 7 8 9

Con

cen

trac

ioacuten

n d

e A

s en

solu

cioacuten

(mgL

-1)

Diacuteas de tratamiento

Riacuteo Siete Riacuteo Chico Liacutemite maacuteximo permisible

Remocioacuten de Arseacutenico de Efluentes Liacutequidos de Plantas de Beneficio de Oro y Cuerpos Hiacutedricos de la Zona Minera de Ponce Enriacutequez por Rizofiltracioacuten con Pasto Azul (dactylis glomerata)

Tabla 8 Remocioacuten de As de muestras de efluente liacutequido de dos plantas de

beneficio empleando rizofiltracioacuten con pasto azul Planta de Beneficio 1 Planta de Beneficio 2

Diacutea de

tratamiento

Concentracioacuten As

en solucioacuten

(mgL-1)

Diacutea de

tratamiento

Concentracioacuten As

en solucioacuten

(mgL-1)

LMP(1) 010 LMP(1) 010

0 0140 0 0240

1 0113 1 0188

2 0055 3 0092

6 0043 8 0034

7 0030 13 0023 8 0024 14 0014

9 0011 15 0010

(1) Liacutemite Maacuteximo Permisible Anexo 1 Tabla 9 Liacutemites de Descarga a un Cuerpo de Agua Dulce TULSMA

Sin embargo se continuoacute con el proceso hasta alcanzar la

concentracioacuten miacutenima recomendada por la Organizacioacuten

Mundial de la Salud (10 ug L-1) valor que se lo alcanzoacute al

noveno diacutea de tratamiento con un porcentaje de remocioacuten del

921 y una mortalidad de las especies de pasto azul del 80

Por otro lado para la Planta de Beneficio 2 se partioacute de

concentracioacuten de As dos veces superior al liacutemite maacuteximo

permisible de 010 mgL-1 para el tercer diacutea de tratamiento ya

se obtuvieron concentraciones bajo el liacutemite que corresponden

al 63 de remocioacuten al igual que el tratamiento aplicado al

efluente de la planta de beneficio 1 se continuoacute con el mismo

hasta alcanzar una concentracioacuten de 001 mgL-1 de As

presente en la muestra de estudio este valor se obtuvo al

deacutecimo quinto diacutea lo que representa el 96 de remocioacuten con

un porcentaje de mortandad del 80

Al igual que con las muestras de agua de los cuerpos hiacutedricos

se realizoacute otro ensayo para los efluentes de plantas de

beneficio en el que se varioacute el tiempo de crecimiento de las

especies de pasto azul de 4 a 5 meses y se mantuvo el volumen

de 5000 mL de muestra cuyos resultados se presentan en las

Figuras 5 y 6

Para la Planta de Beneficio 1 se redujo el nuacutemero de especies

de 15 a 10 plantas de pasto azul con dimensiones promedio de

183 cm de raiacutez y 649 cm de hojas Bajo estos paraacutemetros se

alcanzoacute al primer diacutea de tratamiento una concentracioacuten de As

de 0076 mgL-1 valor inferior al liacutemite maacuteximo permisible y

para el octavo diacutea se alcanzoacute el 936 de remocioacuten con un

600 de mortalidad valores que se presentan en la Figura 5

Figura 5 Remocioacuten de As de efluentes liacutequidos de Planta de Beneficio 1 en funcioacuten del nuacutemero de plantas de pasto azul

Figura 6 Remocioacuten de As de efluentes liacutequidos de Planta de Beneficio 2 (PB2) variando dimensiones de planta y tiempo de crecimiento

De la Figura 5 se puede determinar que al trabajar con un

menor nuacutemero de especies se presenta la misma tendencia que

al emplear 15 plantas de pasto azul esto se debe a que el

sistema radicular de las especies del segundo tratamiento se

encontraba maacutes desarrollado lo que favorecioacute en el proceso de

absorcioacuten de As ya que al tener un xilema maacutes desarrollado

aumenta la capacidad hiperacumuladora de metales por las

plantas de acuerdo a lo sentildealado por Rascio amp Navari-Izzo

(2011)

Para la Planta de Beneficio 2 se consideroacute solo al tiempo de

crecimiento de las especies como paraacutemetro de variacioacuten en

este tratamiento se empleoacute 15 especies de pasto azul de 5

meses cuyas dimensiones promedio fueron de 127 cm de raiacutez

y 552 cm de hojas bajo estas condiciones al deacutecimo cuarto

diacutea se llegoacute a una concentracioacuten de 0019 mgL-1 que

representa el 92 de remocioacuten de As Estos resultados fueron

graficados en la Figura 6 conjuntamente con los datos del

Tratamiento 1 y se puede evidenciar que no existe una

variacioacuten significativa entre ellos a pesar de que el sistema

radicular de las especies del Tratamiento 2 eran inferiores sin

embargo permanecieron un mayor tiempo en contacto con

solucioacuten nutritiva

353 Variacioacuten de crecimiento de raiacutez y hojas de especies

pasto azul empleado en rizofiltracioacuten

A fin de determinar coacutemo afecta la absorcioacuten de As en el

crecimiento de las plantas empleadas en la rizofiltracioacuten se

procedioacute a medir la raiacutez y hojas antes y despueacutes del

tratamiento Los resultados se presentan en la Tabla 9

Tabla 9 Dimensiones de raiacutez y hojas de pasto azul

Muestra Parte Dimensiones (cm) Diacuteas

tratamiento

de

remocioacuten As Inicial Final

Riacuteo Siete Hojas 5327 5435

15 9715 Raiacutez 1147 1021

Riacuteo Chico Hojas 6260 6543

8 9740 Raiacutez 1273 1527

Planta de

Beneficio 1

Hojas 6547 6778 9 9214

Raiacutez 1213 1219

Planta de

Beneficio 2

Hojas 6270 6520 15 9600

Raiacutez 1480 880

000

002

004

006

008

010

012

014

0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10

Con

cen

trac

ioacuten

de

As

en s

olu

cioacuten

(mgL

-1)

Diacutea de Tratamiento

Rizofiltracioacuten 15 plantas 5 L Rizofiltracioacuten 10 plantas 5 LLiacutemite maacuteximo permisible

000

003

006

009

012

015

018

021

024

027

0 2 4 6 8 10 12 14 16

Con

cen

trac

ioacuten

n d

e A

s en

solu

cioacuten

(mgL

-1)

Diacuteas de tratamiento

Tratamiento 1_PB2 Tratamiento 2_PB2

Liacutemite maacuteximo permisible

Remocioacuten de Arseacutenico de Efluentes Liacutequidos de Plantas de Beneficio de Oro y Cuerpos Hiacutedricos de la Zona Minera de Ponce Enriacutequez por Rizofiltracioacuten con Pasto Azul (dactylis glomerata)

De los datos presentados se observa que a un mayor tiempo

de retencioacuten el sistema radicular decrece debido a que se ve

debilitado por el contacto con la solucioacuten sin embargo en los

tratamientos que duraron la mitad del tiempo de retencioacuten se

tiene un crecimiento de la raiacutez de las plantas empleadas esto

puede deberse a que hasta ese tiempo la planta asimila al As

como fosfato que es utilizado como nutriente es decir

estimuloacute la produccioacuten de biomasa de raiacuteces manteniendo

concordancia con lo descrito por Vaacutesquez et al (2009) en su

ensayo con plantas de soja en soluciones de arseniato

Ademaacutes se observa que las dimensiones de las hojas de las

especies incrementa esto debido a que el As no afectoacute el

crecimiento de la planta ya que las concentraciones a las que

fueron expuestas son bajas entre 012 y 027 mgL-1

manteniendo concordancia con lo descrito por Machlis (1945)

quien que sentildeala que concentraciones de As de hasta 05 a

06 mgL-1 no suprimen el crecimiento de las plantas

354 Anaacutelisis de As en raiacutez y hojas de plantas de pasto azul

empleado en rizofiltracioacuten

A fin de determinar la cantidad de As retenido por las especies

de pasto azul que fueron empleadas en los diferentes

tratamientos de rizofiltracioacuten se procedioacute a tomar una muestra

de 3 plantas representativas con la raiacutez maacutes abundante y un

promedio de longitud de 13 cm las cuales fueron sometidas a

una disgregacioacuten aacutecida conforme al numeral 233 y

posteriormente se analizoacute la concentracioacuten de As tanto en raiacutez

como hojas mediante ICP-OES

Dushenkov et al (1995) y Del Toro et al (2013) en sus

estudios sentildealaron que la mayoriacutea de las plantas retienen gran

parte de la carga de plomo y As respectivamente en la raiacutez y

una pequentildea fraccioacuten se transporta preferentemente a las hojas

donde es secuestrada y acumulada en la vacuola celular esto

corrobora los datos presentados en la Tabla 10 en los cuales

se puede observar que en promedio maacutes del 768 del

metaloide de intereacutes se retuvo en el sistema radicular y hasta

un 231 en las hojas debido a que el As se inmovilizo en el

sistema radicular de la planta

Por otro lado tambieacuten se analizoacute una muestra de plantas que

no se sometieron a tratamiento de rizofiltracioacuten cuyos

resultados sirvieron para compararlos con las especies

aplicadas en las muestras de agua de los riacuteos asiacute como en las

descargas liacutequidas de las Plantas de Beneficio obteniendo que

los valores maacuteximos superan 10 y 15 veces al valor obtenido

en el blanco ademaacutes las plantas que estuvieron expuestas a las

mayores concentraciones de As (0240 y 0270 mgL-1)

presentaron los valores maacutes altos es decir la absorcioacuten de As

fue directamente proporcional a la concentracioacuten inicial del

metaloide

Tabla 10 Concentracioacuten de As en raiacutez y hojas de pasto azul empleadas en

rizofiltracioacuten

MUESTRA As (mgg-1) As

Raiacutez Hojas Raiacutez Hojas

BLANCO 0109 0019 852 148 RIO CHICO 1069 0360 748 252

RIO SIETE 0220 0082 728 272

PLANTA DE BENEFICIO 1 1624 0248 868 132 PLANTA DE BENEFICIO 2 0127 0047 731 269

Tabla 11 Anaacutelisis de Varianza de resultados de absorcioacuten de As con

diferentes tipos de muestras FV SC gl CM F p

Modelo 006 7 001 185 01 Muestra de tratamiento 006 7 001 185 01

Error 026 59 0 Total 031 66

SC=Suma de cuadrados F=valor estadiacutestico de distribucioacuten de Snedecor

p=valor estadiacutestico para aceptar o rechazar una hipoacutetesis

gL=grados de libertad CM=Media cuadraacutetica

Por otra parte la mayor acumulacioacuten de As en la raiacutez puede

deberse a factores internos de tolerancia de la planta como los

exudados radiculares que estaacuten formados por aacutecidos orgaacutenicos

que permiten la tolerancia de metales en el sistema radical que

pueden influenciar de manera directa en la solubilidad de

elementos ya sean esenciales o no a traveacutes de la acidificacioacuten

quelacioacuten precipitacioacuten y procesos de oacutexidondashreduccioacuten en la

rizoacutesfera y de forma indirecta mediante efectos en la actividad

microbiana en las propiedades fiacutesicas de la rizoacutesfera y en la

dinaacutemica de crecimiento de la raiacutez esto de acuerdo a lo

sentildealado por Gonzales y Zapata (2008) y lo verificado por

Dushenkov et al (1995) en su estudio empleando pasto para

remover plomo

36 Anaacutelisis estadiacutesticos de resultados de tratamiento de

rizofiltracioacuten

Los datos obtenidos referentes a la absorcioacuten de As de las 4

muestras empleadas en el estudio fueron analizados por el

meacutetodo ANOVA utilizando el sistema INFOSTATL a fin de

determinar si existe varianza significativa o no entre los

resultados de absorcioacuten de As de muestras de agua de 2 riacuteos y

2 efluentes de plantas de beneficio de la zona minera de

Camilo Ponce Enriacutequez hasta alcanzar valores inferiores al

liacutemite maacuteximo permisible cuyos resultados se presentan en la

siguiente Tabla

De las Tablas 11 y 12 se determina que el valor obtenido de p

es mayor que el 50 lo que significa que los resultados no

son significativamente diferentes entre siacute ya que se encuentran

dentro del mismo rango por lo que el tratamiento de

rizofiltracioacuten para muestras de agua que se encuentran sobre

los liacutemites maacuteximos permisibles establecidos por la normativa

ambiental son aplicables tanto para agua de cuerpos hiacutedricos

asiacute como para efluentes liacutequidos de plantas de beneficio

Ademaacutes todos los resultados presentan medias similares por

lo que se ubican en un mismo rango reforzando la hipoacutetesis

de que el tratamiento es aplicable a diferentes muestras de

agua

Tabla 12 Test de Tukey 5

Muestra de Tratamiento Medias n EE Rango

Rio Siete A 003 12 002 A

Rio Siete B 004 6 003 A

PLANTA DE BENEFICIO 1 A 006 8 002 A PLANTA DE BENEFICIO 1 B 006 7 002 A

PLANTA DE BENEFICIO 2 B 006 11 002 A

PLANTA DE BENEFICIO 2 A 007 10 002 A Rio Chico A 011 7 002 A

Rio Chico B 013 6 003 A

n=nuacutemero de muestras EE=error estaacutendar

Remocioacuten de Arseacutenico de Efluentes Liacutequidos de Plantas de Beneficio de Oro y Cuerpos Hiacutedricos de la Zona Minera de Ponce Enriacutequez por Rizofiltracioacuten con Pasto Azul (dactylis glomerata)

37 Anaacutelisis de resultados de implementacioacuten de ensayo a

escala piloto y propuesta de humedal para depuracioacuten

de efluentes liacutequidos

A fin de que el proceso de estudio sea aplicable como una

alternativa de tratamiento de efluentes liacutequidos de la industria

minera se consideroacute su aplicacioacuten en humedales artificiales

con pasto azul Para este proceso se emplearon 15 plantas en

cada humedal con 6 meses de crecimiento y dimensiones

promedio de 284 cm (raiacutez) y 660 cm (hojas) en el primer

humedal y 257 cm (raiacutez) y 594 cm (hojas) para el segundo

humedal las mismas que previamente se desarrollaron de

manera hidropoacutenica y fueron trasplantadas a los humedales

donde se adaptaron por 5 diacuteas (Seccioacuten 24)

Considerando que en los resultados de seccioacuten 36 se observa

que al segundo diacutea de tratamiento ya se obtienen valores de As

bajo el liacutemite maacuteximo permisible establecido en la normativa

ambiental para este estudio se consideroacute un tiempo de

retencioacuten de 48 horas previo a la descarga del efluente liacutequido

cuyos resultados se presentan en la Tabla 13

De los resultados se puede establecer que a las 48 horas se

logra obtener concentraciones de As bajo el liacutemite maacuteximo

permisible establecido por la normativa ambiental de

01 mgL-1 lo que corresponde al 98 y 95 de remocioacuten

del metaloide de los efluentes de las plantas de beneficio 1 y

2 respectivamente conforme se observoacute en los numerales

anteriores eacuteste porcentaje de remocioacuten se lo alcanza al seacuteptimo

o deacutecimo quinto diacutea de tratamiento sin embargo al combinar

la capacidad de absorcioacuten de As del pasto azul con el sustrato

empleado permiten incrementar la eficiencia del tratamiento

en un menor tiempo de aplicacioacuten

Otte amp Jacob (2006) sentildealan que existe una eficiencia del 65

para la remocioacuten de As empleando humedales artificiales

valor que confirma los datos obtenidos en la Tabla 13 Ademaacutes

se puede verificar que a menor concentracioacuten inicial se obtiene

una mayor remocioacuten del metaloide con una mortalidad del

10 debido a la capacidad de adaptacioacuten del pasto azul por

tanto pueden ser empleadas en varios procesos de

remediacioacuten sin embargo deberaacuten ser puestas en contacto con

solucioacuten nutritiva a fin de que las mismas se regeneren

Por otra parte con estos resultados se realizoacute la propuesta de

disentildeo de un humedal artificial para el tratamiento de efluentes

liacutequidos de plantas de beneficio a fin de disminuir la

concentracioacuten de As hasta niveles bajo el liacutemite maacuteximo

permisible para descargas liacutequidas a cuerpos hiacutedricos

Se considera un humedal artificial de flujo subsuperficial

vertical con comportamiento de un reactor de flujo ideal en

pistoacuten y modelo cineacutetico de remocioacuten de As de primer orden

(Culqui 2015)

Tabla 13 Remocioacuten de As en humedales artificiales con pasto azul

Tipo de muestra As (mgL-1) Remocioacuten

de As Inicial Final

Planta de Beneficio 1 014 0005 980

Planta de Beneficio 2 024 0013 950

(1) Liacutemite Maacuteximo Permisible Anexo 1 Tabla 9 Liacutemites de Descarga a un Cuerpo de Agua Dulce TULSMA

Tabla 14 Dimensionamiento de un humedal artificial Paraacutemetro Descripcioacuten Unidad Valor

Consideraciones

H(1) Altura Humedal m 060

Q Caudal entrada Ldiacutea-1 288000 Co Concentracioacuten Inicial As mgL-1 024

Cf Concentracioacuten Final de As mgL-1 0015

k Constante cineacutetica diacutea-1 -138 Ɛ(2) Porosidad del material 038

Dimensiones

As Aacuterea superficial total m2 2526

W Ancho m 410 L Largo m 616

t Tiempo de retencioacuten hidraacuteulico diacutea 2

n Nuacutemero de celdas 2

(1) Luna amp Castantildeeda 2014 (2) Saacutenchez 2010

Las dimensiones del humedal propuesto para el tratamiento se

presentan en la Tabla 14 donde se consideroacute una planta de

beneficio de pequentildea mineriacutea que descarga 010 Lseg-1 que

corresponderiacutea al caudal miacutenimo de entrada al humedal con

estos datos se establecioacute que se requiere un aacuterea superficial de

2526 m2 con dimensiones de 410 m de ancho 616 m de

largo y 060 m de profundidad Con un tiempo de retencioacuten de

2 diacuteas para alcanzar la remocioacuten de As hasta valores bajo la

norma ambiental aplicable

Para tratar mayores caudales de efluentes en los humedales

artificiales se deberiacutean emplear aacutereas maacutes extensas mayor

tiempo de retencioacuten y mayor nuacutemero de plantas por ellos se

podriacutean establecer varios humedales en paralelo

4 CONCLUSIONES

Para la ejecucioacuten del presente estudio se contemplaron los tres

principales distritos mineros de pequentildea mineriacutea del Ecuador

determinando que los cuerpos hiacutedricos de Camilo Ponce

Enriacutequez en promedio superaban 20 veces el liacutemite maacuteximo

permisible de As establecido en la Tabla 2 Criterio de Calidad

Admisible para la preservacioacuten de la vida acuaacutetica y silvestre

en agua dulce marinas y de estuario del Anexo del Texto

Unificado de Legislacioacuten Secundaria del Ministerio del

Ambiente las altas concentraciones de As puede deberse a la

geologiacutea de la zona asiacute como a las ineficientes teacutecnicas de

explotacioacuten y procesamiento del mineral por parte de los

mineros artesanales y pequentildeos mineros

Las plantas que presentan mejores caracteriacutesticas para la

absorcioacuten de As en solucioacuten son el jacinto de agua pasto azul

y helecho acuaacutetico miniatura De estas el pasto azul presentoacute

el 96 de remocioacuten de As con un 473 de mortalidad y 28

de marchitamiento para soluciones con una concentracioacuten de

0154 mgL-1 del metaloide en referencia por lo que se

seleccionoacute esta especie como la maacutes resistente para los

tratamientos de rizofiltracioacuten

El tratamiento de rizofiltracioacuten con pasto azul aplicado a

muestras de agua tanto de cuerpos hiacutedricos como efluentes

liacutequidos de plantas de beneficio de la zona minera de Camilo

Ponce Enriacutequez que presentaban concentraciones de As entre

0120 y 0270 mgL-1 permite obtener maacutes del 90 de

remocioacuten de As llegando a concentraciones inferiores al

liacutemite maacuteximo permisible tanto el establecido por la normativa

ambiental ecuatoriana asiacute como por la Organizacioacuten Mundial

Remocioacuten de Arseacutenico de Efluentes Liacutequidos de Plantas de Beneficio de Oro y Cuerpos Hiacutedricos de la Zona Minera de Ponce Enriacutequez por Rizofiltracioacuten con Pasto Azul (dactylis glomerata)

de la Salud por lo que se puede establecer que el tratamiento

de rizofiltracioacuten es aplicable a muestras reales que contienen

varios metales disueltos con resultados similares a los

alcanzados empleando soluciones sinteacuteticas de un metal en

especiacutefico es decir que los otros metales no inhibieron la

capacidad del pasto azul para absorber As

Las plantas de pasto azul con mayores dimensiones de su

sistema radicular presentan los porcentajes de remocioacuten de As

superiores como se evidencia en las muestras del riacuteo Chico y

Planta de Beneficio 2 de 974 y 96 respectivamente es

decir la remocioacuten del contaminante incrementa con el tamantildeo

de la raiacutez

Las plantas de pasto azul empleadas en el tratamiento de

rizofiltracioacuten presentaron un incremento de longitud de raiacuteces

y hojas de 219 cm en promedio lo que indica que las

concentraciones de As a las que estuvieron expuestas no

inhibieron el desarrollo de las mismas por lo que una vez

finalizado el tratamiento eacutestas pueden ser regeneradas en

contacto con solucioacuten nutritiva

Maacutes del 70 del As contenido en las especies usadas para el

tratamiento de rizofiltracioacuten se acula en el sistema radicular

esto debido tanto a la retencioacuten del metaloide en la pared

celular como a la complejacioacuten de las fitoquelatinas en la

vacuola celular de la planta

El tratamiento de rizofiltracioacuten en un humedal artificial

incrementa su eficiencia debido a la interaccioacuten que existe

entre las raiacuteces y el sustrato lo que permite que al segundo diacutea

se alcance el 95 de remocioacuten de As del efluente liacutequido

industrial llegando a valores inferiores al liacutemite maacuteximo

permisible de 01 mgL-1 establecido por la normativa

ambiental ecuatoriana concentracioacuten a la cual es permitida su

descarga a un cuerpo hiacutedrico

Un humedal artificial de flujo subsuperficial vertical con

plantas enraizadas de un aacuterea superficial de 2526 m2 (410 m

de ancho por 616 m de largo) con un tiempo de retencioacuten de

2 diacuteas puede ser empleado para tratar efluentes liacutequidos

industriales con porcentajes de remocioacuten de As superiores al

95 para una capacidad de 2880 Ldiacutea-1

Una vez finalizado el tratamiento de rizofiltracioacuten las plantas

empleadas para la absorcioacuten de metales deben ser gestionadas

como un desecho peligroso debido a su alta concentracioacuten de

metales por lo que se recomienda que las mismas sean

incineradas previo a su disposicioacuten final ya sean en celdas de

seguridad o reutilizarlas como fuente para recuperar los

metales

5 AGRADECIMIENTO

Los autores muestran su agradecimiento al Departamento de

Metalurgia Extractiva (DEMEX) de la Escuela Politeacutecnica

Nacional por el financiamiento de la presente investigacioacuten

mediante los fondos del proyecto PII-DEMEX-001-2019

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Remocioacuten de Arseacutenico de Efluentes Liacutequidos de Plantas de Beneficio de Oro y Cuerpos Hiacutedricos de la Zona Minera de Ponce Enriacutequez por Rizofiltracioacuten con Pasto Azul (dactylis glomerata)

Tabla 5 Evaluacioacuten de remocioacuten de As de soluciones sinteacuteticas

Especie Remocioacuten As () Mortalidad

()

Marchita

() T-1(1) T-2(2) T-3(3

Jacinto agua 980 580 640 760 780

Pasto azul 960 570 700 473 280 Helecho 840 440 430 100 100

(1) T-1 Solucioacuten sinteacutetica 0154 mgL-1

(2) T-2 Solucioacuten sinteacutetica 0375 mgL-1 (3) T-3 Solucioacuten sinteacutetica 0847 mgL-1

Dushenkov et al (1995) sentildeala que las raiacuteces de las plantas

terrestres tienen una capacidad intriacutenseca para absorber y

precipitar metales pesados de soluciones y que los pastos

tienen la propiedad de regenerar su raiacutez siendo esto

beneficioso para emplearlos en procesos de rizofiltracioacuten Bajo

estos criterios se seleccionoacute a la especie de pasto azul como la

de mejores caracteriacutesticas para la aplicacioacuten del tratamiento de

rizofiltracioacuten en muestras de cuerpos hiacutedricos y efluentes

liacutequidos de plantas de beneficio con concentraciones de As

superiores a los liacutemites maacuteximos permisibles

34 Desarrollo de cultivos hidropoacutenicos de pasto azul

(dactylis glomerata)

Para el desarrollo de cultivos hidropoacutenicos de pasto azul se

emplearon 276 cubos de sustrato en los cuales se colocaron de

3 a 5 semillas de acuerdo a la metodologiacutea descrita en la

Seccioacuten 222 En eacutesta fase se obtuvo un 640 de germinacioacuten

a los 11 diacuteas de proceso Al final de este periodo las plaacutentulas

presentaron un promedio de crecimiento de 188 cm

Las semillas germinadas fueron colocadas en bandejas con

solucioacuten nutritiva de las cuales el 760 alcanzaron una

longitud de entre 10 a 12 cm posterior a ello se trasladaron al

sistema hidropoacutenico vertical NFT en esta etapa

permanecieron de 4 a 5 meses previo a ser empleadas en el

tratamiento de rizofiltracioacuten para lo cual alcanzaron

longitudes promedio de 60 cm en hojas y 12 cm en raiacutez

(Seccioacuten 222)

Durante el crecimiento de las plantas se controloacute la presencia

de plagas y mortalidad de las mismas para contrarrestar la

plaga de pulgoacuten verde que sufrieron al tercer mes de

crecimiento se empleoacute una insecticida natural que conteniacutea

ajo y agua (relacioacuten 19) con ello se eliminoacute el 80 de la plaga

en el plazo de 24 horas Adicionalmente se repitioacute el proceso

cada 2 diacuteas hasta obtener el 100 de depuracioacuten

Semanalmente se limpiaron las hojas marchitas de las plantas

a fin de que eacutestas se regeneren

35 Resultados de remocioacuten de As por rizofiltracioacuten

empleando pasto azul a escala laboratorio

351 Remocioacuten de As de muestras de agua superficial de

dos cuerpos hiacutedricos

Con base en los resultados de la caracterizacioacuten de las

muestras de agua superficial de los riacuteos Chico y Siete cuya

concentracioacuten de As sobrepasaba el liacutemite maacuteximo permisible

de 005 (mgL-1) y considerando los resultados presentados en

la Tabla 5 donde se verificoacute que el pasto azul (dactylis

glomerata) presentaba porcentajes de remocioacuten de As

superiores al 50 con una mortalidad del 473 se procedioacute

directamente a la aplicacioacuten del tratamiento de rizofiltracioacuten

para las muestras de agua

Las plantas empleadas en los tratamientos se desarrollaron en

cultivos hidropoacutenicos con solucioacuten nutritiva a fin de que la

raiacutez de la especie vegetal se adapte al medio acuoso de

acuerdo a lo detallado en la Seccioacuten 222

Para la muestra de agua del riacuteo Siete se realizoacute dos

tratamientos en el primero se empleoacute 15 plantas de pasto azul

con 4 meses de crecimiento cuyas dimensiones promedio

fueron 5327 cm hojas y 1147 cm raiacutez Para el segundo

tratamiento se redujo el nuacutemero de especies a 10 plantas con

un tiempo de crecimiento de 5 meses y longitudes promedio

de 136 cm y 609 cm para raiacutez y hojas respectivamente

Conforme a los resultados sentildealados en la Tabla 6 para el

Tratamiento 1 al cuarto diacutea ya se contoacute con concentraciones

de As inferiores al liacutemite maacuteximo permisible de 005 mgL-1

establecido en la normativa ambiental aplicable para la

preservacioacuten de los cuerpos hiacutedricos Desde el diacutea quinto hasta

el deacutecimo tercer diacutea la reduccioacuten de la concentracioacuten del

metaloide se mantiene constante y al deacutecimo cuarto diacutea la

concentracioacuten de As se ubica bajo el liacutemite recomendable por

la Organizacioacuten Mundial de la Salud de 001 mgL-1

alcanzando su maacuteximo porcentaje de remocioacuten el deacutecimo

quinto diacutea de tratamiento con un 972 y una tasa de

marchitamiento del 80

El tratamiento se podriacutea aplicar hasta el cuarto diacutea tiempo en

el cual las plantas presentan una mortalidad del 40 con una

remocioacuten del 716 A partir de ese tiempo las especies

vegetales empiezan a perder su capacidad de tolerancia al As

esto puede deberse a que las fitoquelatinas que son peacuteptidos

que permiten la quelacioacuten o precipitacioacuten de los metales

pesados dentro de las vacuolas celulares y con ello evitar dantildeo

celular de las plantas estaacuten perdiendo su capacidad de

asociacioacuten con los metales lo que disminuye su remocioacuten

(Schat 2002 Yadav 2010)

En el ensayo de rizofiltracioacuten del Tratamiento 2 se puede

observar que al segundo diacutea de tratamiento ya se tienen

concentraciones menores al liacutemite maacuteximo permisible con un

porcentaje de remocioacuten del 737 Ademaacutes las plantas

presentaron un marchitamiento del 20 por lo que al emplear

especies maacutes maduras se puede tanto obtener mejores

resultados en menor tiempo como regenerar las especies para

aplicarlas en otros tratamientos ya que eacutestas se han adaptado

a la concentracioacuten de As Cabe sentildealar que las especies

utilizadas en este tratamiento presentaron un sistema radicular

maacutes desarrollado en comparacioacuten con las plantas del

tratamiento anterior

Al respecto en el estudio de Vaacutesquez et al (2009) se

establecioacute que las plantas han desarrollado varios mecanismos

para controlar la homeostasis de elementos esenciales y

soportar el estreacutes generado por elementos toacutexicos lo que le

permite adaptarse a ellos por lo que los altos porcentajes de

remocioacuten de As pueden atribuirse a que la planta asimiloacute a este

metaloide como un nutriente

Remocioacuten de Arseacutenico de Efluentes Liacutequidos de Plantas de Beneficio de Oro y Cuerpos Hiacutedricos de la Zona Minera de Ponce Enriacutequez por Rizofiltracioacuten con Pasto Azul (dactylis glomerata)

Tabla 6 Remocioacuten de As de muestras del riacuteo Siete empleando rizofiltracioacuten

con pasto azul Tratamiento 1(2) Tratamiento 2(3)

Diacutea de

tratamiento

Concentracioacuten

As solucioacuten

(mgL-1)

Diacutea de

tratamiento

Concentracioacuten

As solucioacuten

(mgL-1)

LMP(1) 005 LMP(1 005

0 0120 0 0120

1 0050 1 0061 4 0038 2 0032

5 0034 5 0014

7 0024 6 0006 15 0006 7 0001

(1) Liacutemite Maacuteximo Permisible Anexo 1 Tabla 2 TULSMA

(2) Tratamiento 1 5000 mL de muestra 15 plantas y 4 meses de crecimiento (3) Tratamiento 2 3000 mL de muestra 10 plantas y 5 meses de crecimiento

De acuerdo a Meharg A (2005) y Rangel et al (2015) el As

en forma de arseniato (As+5) puede sustituir al fosfato que es

considerado como un macronutriente de la solucioacuten nutritiva

en la cual se desarrollaron las plantas pues posee una

estructura anaacuteloga y por consiguiente puede entrar a las

ceacutelulas a traveacutes del sistema de transporte del fosfato

Para la muestra de agua del riacuteo Chico se partioacute de una

concentracioacuten de As de 027 mgL-1 y se tratoacute 5000 mL por

rizofiltracioacuten con 15 plantas de pasto azul de 4 meses de

crecimiento hidropoacutenico con dimensiones de 6260 cm y 1273

cm de longitud de hojas y raiacutez respectivamente De los

resultados obtenidos se determinoacute que al seacuteptimo diacutea la

concentracioacuten de As se encontroacute bajo el liacutemite maacuteximo

permisible tiempo que es superior en 3 diacuteas a los resultados

obtenidos en los tratamientos con las muestras del riacuteo Siete que

presentoacute una concentracioacuten inicial de As menor a la del riacuteo

Chico por lo que al octavo diacutea se finalizoacute el tratamiento y se

alcanzoacute una maacutexima remocioacuten de 974 con una mortalidad

del 70

Con estos resultados se realizoacute otro ensayo de rizofiltracioacuten

que corresponde al Tratamiento 2 en el que se redujo el

nuacutemero de plantas y el volumen de muestra de 5000 mL a

3000 mL a fin de determinar la influencia de estos factores en

la absorcioacuten de As En este caso se emplearon 10 plantas de

pasto azul con 5 meses de crecimiento cuyas dimensiones

fueron 1250 cm y 5180 cm de para raiacutez y hojas

respectivamente En la Tabla 7 se muestra que al sexto diacutea de

tratamiento presentaron valores bajo al liacutemite maacuteximo

permisible lo que puede deberse a que el sistema radicular de

estas especies estuvo maacutes desarrollado favoreciendo la

absorcioacuten del As ya que al seacuteptimo se alcanzoacute el 999 de

remocioacuten con un 200 de mortalidad

Tabla 7 Remocioacuten de As de muestras del riacuteo Chico empleando

rizofiltracioacuten con pasto azul Tratamiento 1(2) Tratamiento 2(3)

Diacutea de

tratamiento Concentracioacuten As

solucioacuten (mgL-1) Diacutea de

tratamiento Concentracioacuten As

solucioacuten (mgL-1)

LMP(1) 005 LMP(1) 005

0 0270 0 0270

1 0206 1 0204 2 0094 2 0185

6 0051 5 0090

7 0026 6 0037

8 0007 7 0001

(1) Liacutemite Maacuteximo Permisible Anexo 1 Tabla 2 TULSMA

(2) Tratamiento 1 5000 mL de muestra 15 plantas y 4 meses de crecimiento (3) Tratamiento 2 3000 mL de muestra 10 plantas y 5 meses de crecimiento

Figura 4 Remocioacuten de As en funcioacuten de la concentracioacuten inicial

Para determinar coacutemo afecta la concentracioacuten de As en la

remocioacuten de este metal a traveacutes de rizofiltracioacuten se realizoacute una

comparacioacuten entre los resultados del Tratamiento 1 de las 2

muestras de agua de los cuerpos hiacutedricos del Distrito Minero

Camilo Ponce Enriacutequez Los resultados obtenidos se muestran

en la Figura 4 en esta comparacioacuten se puede observar que a

menor concentracioacuten de As se llega en menor tiempo a valores

bajo los liacutemites permisibles La muestra del riacuteo Siete al primer

diacutea de tratamiento alcanza este valor mientras que la muestra

del riacuteo Chico lo alcanza al sexto diacutea

Para el seacuteptimo diacutea las dos muestras de estudio alcanzaron el

mismo rango de concentracioacuten de As que es inferior al liacutemite

maacuteximo permisibles establecido en la normativa ambiental

Asiacute mismo se puede observar que las plantas una vez que

absorben maacutes del 50 empiezan a reducir su capacidad de

absorcioacuten lo que puede atribuirse a que la planta estaacute

saturaacutendose ya no reconoce al As como fosfato

352 Remocioacuten de As de muestras de agua de efluentes

liacutequidos de dos plantas de beneficio de oro a escala

laboratorio

De acuerdo a PRODEMINCA (1998) en las cuencas de los

riacuteos Chico y Siete se ubica una extensa explotacioacuten auriacutefera a

partir de minerales que contienen sulfuros Las teacutecnicas de

explotacioacuten y beneficio no son en su mayoriacutea eficientes como

tampoco lo es la disposicioacuten de los efluentes esto genera

afectacioacuten a los cuerpos hiacutedricos de la zona Por ello se evaluoacute

la remocioacuten de As por rizofiltracioacuten para los efluentes de dos

plantas de beneficio instaladas en las riveras de estos riacuteos

Para cada ensayo se partioacute de 5000 mL de efluentes liacutequidos

y 15 plantas de pasto azul de 4 meses de crecimiento cuyas

dimensiones en promedio fueron para la Planta de Beneficio

1 6547 cm (hojas) y 1213 cm (raiacutez) y para la Planta de

Beneficio 2 6270 cm (hojas) y 148 cm (raiacutez) En la Tabla 8

se presentan los resultados del Tratamiento 1 para cada planta

de beneficio

En la Tabla 8 se observa que las concentraciones As del

efluente de la Planta de Beneficio 1 es superior en 04 mgL-1

del liacutemite maacuteximo permisible por lo que al segundo diacutea de

tratamiento ya se alcanzan valores bajo el liacutemite que

corresponde al 610 de remocioacuten del metaloide

000

003

006

009

012

015

018

021

024

027

030

0 1 2 3 4 5 6 7 8 9

Con

cen

trac

ioacuten

n d

e A

s en

solu

cioacuten

(mgL

-1)

Diacuteas de tratamiento

Riacuteo Siete Riacuteo Chico Liacutemite maacuteximo permisible

Remocioacuten de Arseacutenico de Efluentes Liacutequidos de Plantas de Beneficio de Oro y Cuerpos Hiacutedricos de la Zona Minera de Ponce Enriacutequez por Rizofiltracioacuten con Pasto Azul (dactylis glomerata)

Tabla 8 Remocioacuten de As de muestras de efluente liacutequido de dos plantas de

beneficio empleando rizofiltracioacuten con pasto azul Planta de Beneficio 1 Planta de Beneficio 2

Diacutea de

tratamiento

Concentracioacuten As

en solucioacuten

(mgL-1)

Diacutea de

tratamiento

Concentracioacuten As

en solucioacuten

(mgL-1)

LMP(1) 010 LMP(1) 010

0 0140 0 0240

1 0113 1 0188

2 0055 3 0092

6 0043 8 0034

7 0030 13 0023 8 0024 14 0014

9 0011 15 0010

(1) Liacutemite Maacuteximo Permisible Anexo 1 Tabla 9 Liacutemites de Descarga a un Cuerpo de Agua Dulce TULSMA

Sin embargo se continuoacute con el proceso hasta alcanzar la

concentracioacuten miacutenima recomendada por la Organizacioacuten

Mundial de la Salud (10 ug L-1) valor que se lo alcanzoacute al

noveno diacutea de tratamiento con un porcentaje de remocioacuten del

921 y una mortalidad de las especies de pasto azul del 80

Por otro lado para la Planta de Beneficio 2 se partioacute de

concentracioacuten de As dos veces superior al liacutemite maacuteximo

permisible de 010 mgL-1 para el tercer diacutea de tratamiento ya

se obtuvieron concentraciones bajo el liacutemite que corresponden

al 63 de remocioacuten al igual que el tratamiento aplicado al

efluente de la planta de beneficio 1 se continuoacute con el mismo

hasta alcanzar una concentracioacuten de 001 mgL-1 de As

presente en la muestra de estudio este valor se obtuvo al

deacutecimo quinto diacutea lo que representa el 96 de remocioacuten con

un porcentaje de mortandad del 80

Al igual que con las muestras de agua de los cuerpos hiacutedricos

se realizoacute otro ensayo para los efluentes de plantas de

beneficio en el que se varioacute el tiempo de crecimiento de las

especies de pasto azul de 4 a 5 meses y se mantuvo el volumen

de 5000 mL de muestra cuyos resultados se presentan en las

Figuras 5 y 6

Para la Planta de Beneficio 1 se redujo el nuacutemero de especies

de 15 a 10 plantas de pasto azul con dimensiones promedio de

183 cm de raiacutez y 649 cm de hojas Bajo estos paraacutemetros se

alcanzoacute al primer diacutea de tratamiento una concentracioacuten de As

de 0076 mgL-1 valor inferior al liacutemite maacuteximo permisible y

para el octavo diacutea se alcanzoacute el 936 de remocioacuten con un

600 de mortalidad valores que se presentan en la Figura 5

Figura 5 Remocioacuten de As de efluentes liacutequidos de Planta de Beneficio 1 en funcioacuten del nuacutemero de plantas de pasto azul

Figura 6 Remocioacuten de As de efluentes liacutequidos de Planta de Beneficio 2 (PB2) variando dimensiones de planta y tiempo de crecimiento

De la Figura 5 se puede determinar que al trabajar con un

menor nuacutemero de especies se presenta la misma tendencia que

al emplear 15 plantas de pasto azul esto se debe a que el

sistema radicular de las especies del segundo tratamiento se

encontraba maacutes desarrollado lo que favorecioacute en el proceso de

absorcioacuten de As ya que al tener un xilema maacutes desarrollado

aumenta la capacidad hiperacumuladora de metales por las

plantas de acuerdo a lo sentildealado por Rascio amp Navari-Izzo

(2011)

Para la Planta de Beneficio 2 se consideroacute solo al tiempo de

crecimiento de las especies como paraacutemetro de variacioacuten en

este tratamiento se empleoacute 15 especies de pasto azul de 5

meses cuyas dimensiones promedio fueron de 127 cm de raiacutez

y 552 cm de hojas bajo estas condiciones al deacutecimo cuarto

diacutea se llegoacute a una concentracioacuten de 0019 mgL-1 que

representa el 92 de remocioacuten de As Estos resultados fueron

graficados en la Figura 6 conjuntamente con los datos del

Tratamiento 1 y se puede evidenciar que no existe una

variacioacuten significativa entre ellos a pesar de que el sistema

radicular de las especies del Tratamiento 2 eran inferiores sin

embargo permanecieron un mayor tiempo en contacto con

solucioacuten nutritiva

353 Variacioacuten de crecimiento de raiacutez y hojas de especies

pasto azul empleado en rizofiltracioacuten

A fin de determinar coacutemo afecta la absorcioacuten de As en el

crecimiento de las plantas empleadas en la rizofiltracioacuten se

procedioacute a medir la raiacutez y hojas antes y despueacutes del

tratamiento Los resultados se presentan en la Tabla 9

Tabla 9 Dimensiones de raiacutez y hojas de pasto azul

Muestra Parte Dimensiones (cm) Diacuteas

tratamiento

de

remocioacuten As Inicial Final

Riacuteo Siete Hojas 5327 5435

15 9715 Raiacutez 1147 1021

Riacuteo Chico Hojas 6260 6543

8 9740 Raiacutez 1273 1527

Planta de

Beneficio 1

Hojas 6547 6778 9 9214

Raiacutez 1213 1219

Planta de

Beneficio 2

Hojas 6270 6520 15 9600

Raiacutez 1480 880

000

002

004

006

008

010

012

014

0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10

Con

cen

trac

ioacuten

de

As

en s

olu

cioacuten

(mgL

-1)

Diacutea de Tratamiento

Rizofiltracioacuten 15 plantas 5 L Rizofiltracioacuten 10 plantas 5 LLiacutemite maacuteximo permisible

000

003

006

009

012

015

018

021

024

027

0 2 4 6 8 10 12 14 16

Con

cen

trac

ioacuten

n d

e A

s en

solu

cioacuten

(mgL

-1)

Diacuteas de tratamiento

Tratamiento 1_PB2 Tratamiento 2_PB2

Liacutemite maacuteximo permisible

Remocioacuten de Arseacutenico de Efluentes Liacutequidos de Plantas de Beneficio de Oro y Cuerpos Hiacutedricos de la Zona Minera de Ponce Enriacutequez por Rizofiltracioacuten con Pasto Azul (dactylis glomerata)

De los datos presentados se observa que a un mayor tiempo

de retencioacuten el sistema radicular decrece debido a que se ve

debilitado por el contacto con la solucioacuten sin embargo en los

tratamientos que duraron la mitad del tiempo de retencioacuten se

tiene un crecimiento de la raiacutez de las plantas empleadas esto

puede deberse a que hasta ese tiempo la planta asimila al As

como fosfato que es utilizado como nutriente es decir

estimuloacute la produccioacuten de biomasa de raiacuteces manteniendo

concordancia con lo descrito por Vaacutesquez et al (2009) en su

ensayo con plantas de soja en soluciones de arseniato

Ademaacutes se observa que las dimensiones de las hojas de las

especies incrementa esto debido a que el As no afectoacute el

crecimiento de la planta ya que las concentraciones a las que

fueron expuestas son bajas entre 012 y 027 mgL-1

manteniendo concordancia con lo descrito por Machlis (1945)

quien que sentildeala que concentraciones de As de hasta 05 a

06 mgL-1 no suprimen el crecimiento de las plantas

354 Anaacutelisis de As en raiacutez y hojas de plantas de pasto azul

empleado en rizofiltracioacuten

A fin de determinar la cantidad de As retenido por las especies

de pasto azul que fueron empleadas en los diferentes

tratamientos de rizofiltracioacuten se procedioacute a tomar una muestra

de 3 plantas representativas con la raiacutez maacutes abundante y un

promedio de longitud de 13 cm las cuales fueron sometidas a

una disgregacioacuten aacutecida conforme al numeral 233 y

posteriormente se analizoacute la concentracioacuten de As tanto en raiacutez

como hojas mediante ICP-OES

Dushenkov et al (1995) y Del Toro et al (2013) en sus

estudios sentildealaron que la mayoriacutea de las plantas retienen gran

parte de la carga de plomo y As respectivamente en la raiacutez y

una pequentildea fraccioacuten se transporta preferentemente a las hojas

donde es secuestrada y acumulada en la vacuola celular esto

corrobora los datos presentados en la Tabla 10 en los cuales

se puede observar que en promedio maacutes del 768 del

metaloide de intereacutes se retuvo en el sistema radicular y hasta

un 231 en las hojas debido a que el As se inmovilizo en el

sistema radicular de la planta

Por otro lado tambieacuten se analizoacute una muestra de plantas que

no se sometieron a tratamiento de rizofiltracioacuten cuyos

resultados sirvieron para compararlos con las especies

aplicadas en las muestras de agua de los riacuteos asiacute como en las

descargas liacutequidas de las Plantas de Beneficio obteniendo que

los valores maacuteximos superan 10 y 15 veces al valor obtenido

en el blanco ademaacutes las plantas que estuvieron expuestas a las

mayores concentraciones de As (0240 y 0270 mgL-1)

presentaron los valores maacutes altos es decir la absorcioacuten de As

fue directamente proporcional a la concentracioacuten inicial del

metaloide

Tabla 10 Concentracioacuten de As en raiacutez y hojas de pasto azul empleadas en

rizofiltracioacuten

MUESTRA As (mgg-1) As

Raiacutez Hojas Raiacutez Hojas

BLANCO 0109 0019 852 148 RIO CHICO 1069 0360 748 252

RIO SIETE 0220 0082 728 272

PLANTA DE BENEFICIO 1 1624 0248 868 132 PLANTA DE BENEFICIO 2 0127 0047 731 269

Tabla 11 Anaacutelisis de Varianza de resultados de absorcioacuten de As con

diferentes tipos de muestras FV SC gl CM F p

Modelo 006 7 001 185 01 Muestra de tratamiento 006 7 001 185 01

Error 026 59 0 Total 031 66

SC=Suma de cuadrados F=valor estadiacutestico de distribucioacuten de Snedecor

p=valor estadiacutestico para aceptar o rechazar una hipoacutetesis

gL=grados de libertad CM=Media cuadraacutetica

Por otra parte la mayor acumulacioacuten de As en la raiacutez puede

deberse a factores internos de tolerancia de la planta como los

exudados radiculares que estaacuten formados por aacutecidos orgaacutenicos

que permiten la tolerancia de metales en el sistema radical que

pueden influenciar de manera directa en la solubilidad de

elementos ya sean esenciales o no a traveacutes de la acidificacioacuten

quelacioacuten precipitacioacuten y procesos de oacutexidondashreduccioacuten en la

rizoacutesfera y de forma indirecta mediante efectos en la actividad

microbiana en las propiedades fiacutesicas de la rizoacutesfera y en la

dinaacutemica de crecimiento de la raiacutez esto de acuerdo a lo

sentildealado por Gonzales y Zapata (2008) y lo verificado por

Dushenkov et al (1995) en su estudio empleando pasto para

remover plomo

36 Anaacutelisis estadiacutesticos de resultados de tratamiento de

rizofiltracioacuten

Los datos obtenidos referentes a la absorcioacuten de As de las 4

muestras empleadas en el estudio fueron analizados por el

meacutetodo ANOVA utilizando el sistema INFOSTATL a fin de

determinar si existe varianza significativa o no entre los

resultados de absorcioacuten de As de muestras de agua de 2 riacuteos y

2 efluentes de plantas de beneficio de la zona minera de

Camilo Ponce Enriacutequez hasta alcanzar valores inferiores al

liacutemite maacuteximo permisible cuyos resultados se presentan en la

siguiente Tabla

De las Tablas 11 y 12 se determina que el valor obtenido de p

es mayor que el 50 lo que significa que los resultados no

son significativamente diferentes entre siacute ya que se encuentran

dentro del mismo rango por lo que el tratamiento de

rizofiltracioacuten para muestras de agua que se encuentran sobre

los liacutemites maacuteximos permisibles establecidos por la normativa

ambiental son aplicables tanto para agua de cuerpos hiacutedricos

asiacute como para efluentes liacutequidos de plantas de beneficio

Ademaacutes todos los resultados presentan medias similares por

lo que se ubican en un mismo rango reforzando la hipoacutetesis

de que el tratamiento es aplicable a diferentes muestras de

agua

Tabla 12 Test de Tukey 5

Muestra de Tratamiento Medias n EE Rango

Rio Siete A 003 12 002 A

Rio Siete B 004 6 003 A

PLANTA DE BENEFICIO 1 A 006 8 002 A PLANTA DE BENEFICIO 1 B 006 7 002 A

PLANTA DE BENEFICIO 2 B 006 11 002 A

PLANTA DE BENEFICIO 2 A 007 10 002 A Rio Chico A 011 7 002 A

Rio Chico B 013 6 003 A

n=nuacutemero de muestras EE=error estaacutendar

Remocioacuten de Arseacutenico de Efluentes Liacutequidos de Plantas de Beneficio de Oro y Cuerpos Hiacutedricos de la Zona Minera de Ponce Enriacutequez por Rizofiltracioacuten con Pasto Azul (dactylis glomerata)

37 Anaacutelisis de resultados de implementacioacuten de ensayo a

escala piloto y propuesta de humedal para depuracioacuten

de efluentes liacutequidos

A fin de que el proceso de estudio sea aplicable como una

alternativa de tratamiento de efluentes liacutequidos de la industria

minera se consideroacute su aplicacioacuten en humedales artificiales

con pasto azul Para este proceso se emplearon 15 plantas en

cada humedal con 6 meses de crecimiento y dimensiones

promedio de 284 cm (raiacutez) y 660 cm (hojas) en el primer

humedal y 257 cm (raiacutez) y 594 cm (hojas) para el segundo

humedal las mismas que previamente se desarrollaron de

manera hidropoacutenica y fueron trasplantadas a los humedales

donde se adaptaron por 5 diacuteas (Seccioacuten 24)

Considerando que en los resultados de seccioacuten 36 se observa

que al segundo diacutea de tratamiento ya se obtienen valores de As

bajo el liacutemite maacuteximo permisible establecido en la normativa

ambiental para este estudio se consideroacute un tiempo de

retencioacuten de 48 horas previo a la descarga del efluente liacutequido

cuyos resultados se presentan en la Tabla 13

De los resultados se puede establecer que a las 48 horas se

logra obtener concentraciones de As bajo el liacutemite maacuteximo

permisible establecido por la normativa ambiental de

01 mgL-1 lo que corresponde al 98 y 95 de remocioacuten

del metaloide de los efluentes de las plantas de beneficio 1 y

2 respectivamente conforme se observoacute en los numerales

anteriores eacuteste porcentaje de remocioacuten se lo alcanza al seacuteptimo

o deacutecimo quinto diacutea de tratamiento sin embargo al combinar

la capacidad de absorcioacuten de As del pasto azul con el sustrato

empleado permiten incrementar la eficiencia del tratamiento

en un menor tiempo de aplicacioacuten

Otte amp Jacob (2006) sentildealan que existe una eficiencia del 65

para la remocioacuten de As empleando humedales artificiales

valor que confirma los datos obtenidos en la Tabla 13 Ademaacutes

se puede verificar que a menor concentracioacuten inicial se obtiene

una mayor remocioacuten del metaloide con una mortalidad del

10 debido a la capacidad de adaptacioacuten del pasto azul por

tanto pueden ser empleadas en varios procesos de

remediacioacuten sin embargo deberaacuten ser puestas en contacto con

solucioacuten nutritiva a fin de que las mismas se regeneren

Por otra parte con estos resultados se realizoacute la propuesta de

disentildeo de un humedal artificial para el tratamiento de efluentes

liacutequidos de plantas de beneficio a fin de disminuir la

concentracioacuten de As hasta niveles bajo el liacutemite maacuteximo

permisible para descargas liacutequidas a cuerpos hiacutedricos

Se considera un humedal artificial de flujo subsuperficial

vertical con comportamiento de un reactor de flujo ideal en

pistoacuten y modelo cineacutetico de remocioacuten de As de primer orden

(Culqui 2015)

Tabla 13 Remocioacuten de As en humedales artificiales con pasto azul

Tipo de muestra As (mgL-1) Remocioacuten

de As Inicial Final

Planta de Beneficio 1 014 0005 980

Planta de Beneficio 2 024 0013 950

(1) Liacutemite Maacuteximo Permisible Anexo 1 Tabla 9 Liacutemites de Descarga a un Cuerpo de Agua Dulce TULSMA

Tabla 14 Dimensionamiento de un humedal artificial Paraacutemetro Descripcioacuten Unidad Valor

Consideraciones

H(1) Altura Humedal m 060

Q Caudal entrada Ldiacutea-1 288000 Co Concentracioacuten Inicial As mgL-1 024

Cf Concentracioacuten Final de As mgL-1 0015

k Constante cineacutetica diacutea-1 -138 Ɛ(2) Porosidad del material 038

Dimensiones

As Aacuterea superficial total m2 2526

W Ancho m 410 L Largo m 616

t Tiempo de retencioacuten hidraacuteulico diacutea 2

n Nuacutemero de celdas 2

(1) Luna amp Castantildeeda 2014 (2) Saacutenchez 2010

Las dimensiones del humedal propuesto para el tratamiento se

presentan en la Tabla 14 donde se consideroacute una planta de

beneficio de pequentildea mineriacutea que descarga 010 Lseg-1 que

corresponderiacutea al caudal miacutenimo de entrada al humedal con

estos datos se establecioacute que se requiere un aacuterea superficial de

2526 m2 con dimensiones de 410 m de ancho 616 m de

largo y 060 m de profundidad Con un tiempo de retencioacuten de

2 diacuteas para alcanzar la remocioacuten de As hasta valores bajo la

norma ambiental aplicable

Para tratar mayores caudales de efluentes en los humedales

artificiales se deberiacutean emplear aacutereas maacutes extensas mayor

tiempo de retencioacuten y mayor nuacutemero de plantas por ellos se

podriacutean establecer varios humedales en paralelo

4 CONCLUSIONES

Para la ejecucioacuten del presente estudio se contemplaron los tres

principales distritos mineros de pequentildea mineriacutea del Ecuador

determinando que los cuerpos hiacutedricos de Camilo Ponce

Enriacutequez en promedio superaban 20 veces el liacutemite maacuteximo

permisible de As establecido en la Tabla 2 Criterio de Calidad

Admisible para la preservacioacuten de la vida acuaacutetica y silvestre

en agua dulce marinas y de estuario del Anexo del Texto

Unificado de Legislacioacuten Secundaria del Ministerio del

Ambiente las altas concentraciones de As puede deberse a la

geologiacutea de la zona asiacute como a las ineficientes teacutecnicas de

explotacioacuten y procesamiento del mineral por parte de los

mineros artesanales y pequentildeos mineros

Las plantas que presentan mejores caracteriacutesticas para la

absorcioacuten de As en solucioacuten son el jacinto de agua pasto azul

y helecho acuaacutetico miniatura De estas el pasto azul presentoacute

el 96 de remocioacuten de As con un 473 de mortalidad y 28

de marchitamiento para soluciones con una concentracioacuten de

0154 mgL-1 del metaloide en referencia por lo que se

seleccionoacute esta especie como la maacutes resistente para los

tratamientos de rizofiltracioacuten

El tratamiento de rizofiltracioacuten con pasto azul aplicado a

muestras de agua tanto de cuerpos hiacutedricos como efluentes

liacutequidos de plantas de beneficio de la zona minera de Camilo

Ponce Enriacutequez que presentaban concentraciones de As entre

0120 y 0270 mgL-1 permite obtener maacutes del 90 de

remocioacuten de As llegando a concentraciones inferiores al

liacutemite maacuteximo permisible tanto el establecido por la normativa

ambiental ecuatoriana asiacute como por la Organizacioacuten Mundial

Remocioacuten de Arseacutenico de Efluentes Liacutequidos de Plantas de Beneficio de Oro y Cuerpos Hiacutedricos de la Zona Minera de Ponce Enriacutequez por Rizofiltracioacuten con Pasto Azul (dactylis glomerata)

de la Salud por lo que se puede establecer que el tratamiento

de rizofiltracioacuten es aplicable a muestras reales que contienen

varios metales disueltos con resultados similares a los

alcanzados empleando soluciones sinteacuteticas de un metal en

especiacutefico es decir que los otros metales no inhibieron la

capacidad del pasto azul para absorber As

Las plantas de pasto azul con mayores dimensiones de su

sistema radicular presentan los porcentajes de remocioacuten de As

superiores como se evidencia en las muestras del riacuteo Chico y

Planta de Beneficio 2 de 974 y 96 respectivamente es

decir la remocioacuten del contaminante incrementa con el tamantildeo

de la raiacutez

Las plantas de pasto azul empleadas en el tratamiento de

rizofiltracioacuten presentaron un incremento de longitud de raiacuteces

y hojas de 219 cm en promedio lo que indica que las

concentraciones de As a las que estuvieron expuestas no

inhibieron el desarrollo de las mismas por lo que una vez

finalizado el tratamiento eacutestas pueden ser regeneradas en

contacto con solucioacuten nutritiva

Maacutes del 70 del As contenido en las especies usadas para el

tratamiento de rizofiltracioacuten se acula en el sistema radicular

esto debido tanto a la retencioacuten del metaloide en la pared

celular como a la complejacioacuten de las fitoquelatinas en la

vacuola celular de la planta

El tratamiento de rizofiltracioacuten en un humedal artificial

incrementa su eficiencia debido a la interaccioacuten que existe

entre las raiacuteces y el sustrato lo que permite que al segundo diacutea

se alcance el 95 de remocioacuten de As del efluente liacutequido

industrial llegando a valores inferiores al liacutemite maacuteximo

permisible de 01 mgL-1 establecido por la normativa

ambiental ecuatoriana concentracioacuten a la cual es permitida su

descarga a un cuerpo hiacutedrico

Un humedal artificial de flujo subsuperficial vertical con

plantas enraizadas de un aacuterea superficial de 2526 m2 (410 m

de ancho por 616 m de largo) con un tiempo de retencioacuten de

2 diacuteas puede ser empleado para tratar efluentes liacutequidos

industriales con porcentajes de remocioacuten de As superiores al

95 para una capacidad de 2880 Ldiacutea-1

Una vez finalizado el tratamiento de rizofiltracioacuten las plantas

empleadas para la absorcioacuten de metales deben ser gestionadas

como un desecho peligroso debido a su alta concentracioacuten de

metales por lo que se recomienda que las mismas sean

incineradas previo a su disposicioacuten final ya sean en celdas de

seguridad o reutilizarlas como fuente para recuperar los

metales

5 AGRADECIMIENTO

Los autores muestran su agradecimiento al Departamento de

Metalurgia Extractiva (DEMEX) de la Escuela Politeacutecnica

Nacional por el financiamiento de la presente investigacioacuten

mediante los fondos del proyecto PII-DEMEX-001-2019

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