SISTEMA EXPERIMENTAL DE FITORREMEDIACIÓN A ESCALA DE
LABORATORIO PARA LA REMOCIÓN DE CROMO HEXAVALENTE (CrVI) Y
MATERIA ORGÁNICA (MO) EN AGUAS RESIDUALES SINTÉTICAS
MEDIANTE EL CULTIVO DE Lemna minor
ERIKA DEL CARMEN GÓMEZ RIOS
LUISA FERNANDA BALLESTEROS CANIZALES
UNIVERSIDAD INDUSTRIAL DE SANTADER
FACULTAD DE INGENIERÍAS FISICOQUÍMICAS
ESCUELA DE INGENIERÍA QUÍMICA
BUCARAMANGA
2014
2
SISTEMA EXPERIMENTAL DE FITORREMEDIACIÓN A ESCALA DE
LABORATORIO PARA LA REMOCIÓN DE CROMO HEXAVALENTE (CrVI) Y
MATERIA ORGÁNICA (MO) EN AGUAS RESIDUALES SINTÉTICAS
MEDIANTE EL CULTIVO DE Lemna minor
ERIKA DEL CARMEN GÓMEZ RIOS
LUISA FERNANDA BALLESTEROS CANIZALES
Trabajo de grado presentado como requisito parcial para optar al título de
Ingeniero Químico
Director
Prof. Luis Javier López Giraldo
Co-director
Prof. Andrés Fernando Barajas
UNIVERSIDAD INDUSTRIAL DE SANTANDER
FACULTAD DE INGENIERÍAS FISICOQUÍMICAS
ESCUELA DE INGENIERÍA QUÍMICA
BUCARAMANGA
2014
3
4
5
6
7
DEDICATORIA
Nunca pensé que plasmar tantos años en este papel me moviera tantos
sentimientos.Ante todo le doy Gracias a Dios, por protegerme, bendecirme e
iluminarme cada día, por darme fuerzas cada vez que sentía desfallecer, por ser
mi guía y mi luz al darme la felicidad de cumplir uno de mis grandes sueños.
A mi papá, Eliecer Gómez Rivera, por ser uno de mis motores para seguir día a
día, por ser mi amigo, mi cómplice, por apoyarme incondicionalmente y estar en
los momentos más difíciles de mi vida para ti también es este triunfo. Te amo.
A mi hermano, Edwin Eliecer Gómez Rios, por ser una motivación para querer
seguir en este camino, porque eres uno de los regalos más bonitos que mi Dios
me ha regalado. Te amo.
A mi mamá, Maritza Ríos Beltrán,desde el cielo siempre me ha dado la
bendición, sabiduría y fuerza para seguir y ser cada día mejor.
A mi abuela, Carmen Rivera, que gracias a sus bendiciones mi vida ha sido más
fácil, sé que desde el cielo aun sigues orando por mí.
A toda mi familia especialmente a mi tia Elizabeth Gomez, por estender el brazo y
darmeel apoyo cuando más lo necesite, a mis tíos, primos y sobrina gracias y
muchas gracias por estar incondicionalmente en este camino y sus buenos
deseos.
A mi novio, Diego Fernando Villamizar Rincón,por ser mi compañero, confidente
y amigo. Por su comprensión, ayuda incondicional y haciendo cada día especial e
inolvidable. Te amo.
A mi compañera de proyecto,Luisa Fernanda Ballesteros, porque sé que día a
día trato de dar lo mejorpara la culminación de este proyecto. Muchas gracias.
A todas las personas que contribuyeron a la realización de este trabajo.
Erika Gómez Rios.
8
DEDICATORIA
En el transcurso de mi vida he tenido la fortuna de contar con personas
maravillosas que me han apoyado y acompañado; hoy quiero darles las gracias
por formar parte de ella y porque son mi mayor bendición.
Para ti Dios,porque me diste la vida, fortaleza y salud necesaria para culminar
este logro. Eres mi luz, verdad y camino.
Para ti mamáAleida Canizales, por estar siempre junto a mí, tus buenos consejos
y caminar conmigo en los momentos difíciles. Sin tu dulzura y amor no hubiera
sido capaz. Por eso hoy digo y no me equivoco que eres la mejor madre del
mundo y jamás tendré como pagarte cada uno de tus esfuerzos. Te amo.
Para ti padre Rafael Ballesteros, quiero agradecerte por todo lo que eres y has
sido conmigo, tus enseñanzas son mi mayor tesoro,tú eres mi ejemplo a seguir y
esas huellas que has dejado en mi corazón jamás se borrarán. Gracias padre por
ser mi maestro de vida. Te amo y eres el mejor padre del mundo.
Para ti hermanito Camilo Ballestros, mi amor eres el mejor regalo que Dios me
ha dado, gracias por ser mi mejor amigo, por tu cariño, confianza y apoyo infinito.
Te amo.
Para mi novio Emerson Céspedes, porque llegaste a mi vida y eres un motivo de
alegría. Gracias por tu apoyo y sobre todo por tus enseñanzas y amor.
Para toda mi familia tíos,primos y mi abuelita Ruth gracias por ser
incondicionales y por todo el apoyo que me han brindado.
Para mis amigos, que siempre me brindarán una palabra de aliento, ayudaran de
una forma desinteresada y de los cuales aprendí mucho: Nathaly, Liceth, Vanesa,
Jonathan, Víctor y Sergio.
Y a ti Erika del Carmen Gómez Rios, porque sé que no fue fácil y juntas
pasamos obstáculos. Gracia por todo.
Luisa Fernanda Ballesteros Canizales.
9
AGRADECIMIENTOS
Los autores agradece a:
Al Dr. Luis Javier López, por que más que un profesor es un amigo, por
regalarnosparte de su conocimiento y sabiduría.
A nuestro codirector Andrés Barajas,por su orientación y colaboración.
Al Ingeniero Guillermo, por su apoyo y paciencia.
Al Ingeniero Químico, Said Toro Uribe, por su colaboración, apoyo, orientación y
por brindarnos su tiempo.
A la Ingeniera Mónica Carreño, gracias por su entrega y persistencia.
A los técnicos de laboratorio Eduardo y Wilson por facilitar la estadia en el
laboratorio y hacer que las practicas fueran mas sencillas.
Al laboratorio de Biomasa por su colaboración con los equipos e instalaciones.
10
TABLA DE CONTENIDO
INTRODUCCIÓN .................................................................................................. 17
2. METODOLOGÍA ............................................................................................. 23
2.1 REACTIVOS ................................................................................................... 24
2.2 MATERIALES Y EQUIPOS DE LABORATORIO .......................................... 24
2.3 DISEÑO EXPERIMENTAL ....................................................................... 24
2.3.1 FASE DE ADAPTACIÓN DE LA PLANTA ............................................ 24
2.3.2 MEDIO DE CULTIVO ............................................................................ 25
2.4 DETERMINACIÓN DE LA INFLUENCIA DE LOS FACTORES Cr, AH y
BIO SOBRE LA CAPACIDAD DE LA LEMNA MINOR A REMOVER Cr y MO .. 25
2.5 DESARROLLO EXPERIMENTAL ............................................................ 25
2.6 EVALUACIÓN DEL CRECIMIENTO ........................................................ 26
2.7 AJUSTE DE PARÁMETROS CINÉTICOS ............................................... 26
2.8 DETERMINACIÓN DE CROMO HEXAVALENTE ................................... 26
2.9 ANÁLISIS DE DQO PRESENTE EN EL AGUA RESIDUAL .................... 27
2.10 CÁLCULO DEL PORCENTAJE DE REMOCIÓN ................................. 27
2.11 DETERMINACIÓN DE LAS MEJORES CONDICIONES PARA LA
REMOCIÓN ....................................................................................................... 27
2.12 CINÉTICA ............................................................................................. 27
3. ANÁLISIS DE RESULTADOS ....................................................................... 28
3.1 DETERMINACIÓN DEL PORCENTAJE DE REMOCIÓN ........................ 28
3.2 DISEÑO EXPERIMENTAL ....................................................................... 28
3.3 CONDICIONES FAVORABLES DE REMOCION DE CROMO
HEXAVALENTE ................................................................................................. 31
3.4 CINÉTICA ................................................................................................ 32
3.5 CRECIMIENTO DE BIOMASA ................................................................. 32
3.6 CÁLCULO DE PARÁMETROS CINÉTICOS ............................................ 33
4. CONCLUSIONES ........................................................................................... 36
BIBLIOGRAFÍA .................................................................................................... 37
ANEXOS ............................................................................................................... 40
11
LISTA DE TABLAS
Tabla 1. Caracterización para una central térmica. .......................................... 17
Tabla 2. Proceso de remoción de materiales pesados con macrófilas
acuáticas. ............................................................................................................. 20
Tabla 3. Proceso de remoción de materia orgánica con macrófilas acuáticas
.............................................................................................................................. 21
Tabla 4. Puntos experimentales obtenidos empleando un diseño
experimental de Box-Behnken. .......................................................................... 25
Tabla 5. Resultados del análisis estadístico (Análisis de varianza ANOVA). 29
Tabla 6. Evolución de la Biomasa, Cromo Hexavalente y DQO en función del
tiempo a condiciones favorables (Cr VI: 1.625 mg/L; AH: 160mg/L; BIO: 45
plantas)................................................................................................................. 33
Tabla 7. Parámetros cinéticos de la remoción de Cr VI ajustados a un
modelo lineal y de Monod. .................................................................................. 35
12
LISTA DE FIGURAS
Figura 1. Descripcion global de las etapas secuenciales ................................ 23
Figura 2.Curva de calibración para la determinación de remoción de Cr VI a
partir de Lemna Minor. ........................................................................................ 28
Figura 3. Porcentaje de remoción en función del AH vs Cr a BIO= 65 ........... 30
Figura 4. Porcentaje de remoción en función de BIO vs CR a AH=85 ............ 30
Figura 5. Porcentaje de remoción en función de AH vs BIO a Cr= 1,25 ......... 30
Figura 6. Curva de crecimiento celular de la microalga Lemna Minor a
condiciones de Cr VI: 1.625 mg/L; AH: 160mg/L y BIO: 45 plantas. ............... 33
13
LISTA DE ANEXOS
Anexo A. Determinación de cromo hexavalente (CrVI).…………..... 40
Anexo B. Datos experimentales ......................................................................... 41
Anexo C. Medio Bold Basal ................................................................................ 42
Anexo D. Diagrama de pareto para efectos estandarizados ........................ 443
Anexo E. Cálculos de parámetros cinéticos… ………………...44
14
LISTA DE ABREVIATURAS
AH Acido Húmico
BIOBiomasa (Lemna minor)
Cr Cromo
Cr VI Cromo Hexavalente
MO Materia Orgánica
15
RESUMEN
TITULO: SISTEMA EXPERIMENTAL DE FITORREMEDIACIÓN A ESCALA DE LABORATORIO PARA LA REMOCIÓN DE CROMO HEXAVALENTE (CrVI) Y MATERIA ORGÁNICA EN AGUAS RESIDUALES SINTÉTICAS MEDIANTE EL CULTIVO DE Lemna minor
*
AUTORES: ERIKA DEL CARMEN GÓMEZ RIOS, LUISA FERNANDA BALLESTEROS
CANIZALES**
PALABRAS CLAVES: Biorremoción, aguas residuales, metales pesados, materia orgánica, macrófitas. El cromo, es un metal pesado que se encuentra en los efluentes de las centrales térmicas y otras industrias asociadas, por esta razón es uno de los principales contaminantes de los recursos hídricos que poseemos. Este metal puede alterar seriamente el equilibrio biológico causando efectos tóxicos tanto en plantas como en animales, ya que es rápidamente absorbido por las membranas biológicas. En consecuencia, el objetivo de este trabajo fue evaluar la capacidad de remoción de cromo hexavalente (Cr VI) y materia orgánica (MO) usando un proceso de fitorremediación empleando la macrófita Lemna minor. De esta manera, el trabajo se desarrolló en diversas etapas; en la primera de ellas se realizó la fase de adaptación de la planta y el medio de cultivo. Posteriormente, se implementó un diseño Box-Behnken 2
3 + compuesto central rotable para evaluar la influencia de la concentración de
cromo, materia orgánica y la biomasa sobre la capacidad de la Lemna minor de llevar a cabo el proceso de biorremoción de Cr VI y MO en un ambiente controlado. El modelo de regresión de segundo orden con un R
2 ajustado del 0.91792% predice una remoción teórica de 52.71% y
experimentalmente de 54.24%, para las condiciones de 1.625 mg/L Cr VI, 160 mg/l Acido humico y 45 plantas para la biomasa. A estas condiciones, se realizó el estudio cinético para finalmente ajustar los parámetros cinéticos a un modelo lineal y de Monod.
* Trabajo de grado.
** Factultad de Ingenierías Físico-Químicas. Escuela de Ingeniería Química. Director: Ph.D. Luis
Javier López Giraldo. Codirector: Biol. Andrés Fernando Barajas
16
ABSTRACT
TITLE: PHYTOREMEDIATION EXPERIMENTAL SYSTEM FOR LABORATORY SCALE REMOVAL hexavalent chromium (Cr VI) AND ORGANIC MATTER IN SYNTHETIC WASTEWATER BY GROWING Lemna minor
*
AUTHORS: ERIKA DEL CARMEN GÓMEZ RIOS, LUISA FERNANDA BALLESTEROS
CANIZALES**
KEYWORDS: Bioremoval, sewage, heavy metals, organic matter, macrophytes. Chromium is a heavy metal found in effluents from thermal power plants and other related industries, for this reason it’s one of the main pollutants of water resources we have.This metal can seriously alter the biological balance causing toxic effects in both plants and animals, as it’s quickly absorbed by biological membranes.Consequently, the aim of this study was to evaluate the removal capacity of hexavalent chromium (Cr VI) and organic matter (OM) using a phytoremediation process employing the macrophyte Lemna minor. In this way the work was developed in several phases, the first one, the adaptation phase of the plant was performed and the culture medium.Subsequently, a Box-Behnken 23 + central composite rotatable design was implemented to evaluate the influence of the chromium concentration, organic matter and biomass on Lemna minor capacity to perform the process of Cr VI bioremoval and MO a controlled environment.The regression model of second order with an adjusted R
2 of 0.91792%
predict a theoretical removal of 52.71% and 54.24% experimentally, for the conditions of 1,625 mg / L Cr VI, 160 mg / lhumic acid and 45 for biomass plants.In these conditions, the kinetic study was performed to finally adjust the kinetic parameters of a linear model and Monod.
* Degree work
** Factultad of Physico-Chemical Engineering. School of Chemical Engineering. Directed Ph.D. Luis
Javier López Giraldo. Co-Director: Andrés Fernando Barajas Biol
17
INTRODUCCIÓN
En las termoeléctricaslaproducción de energía hace uso de recursos hídricos,
generando residuos altamente tóxicos que finalmente serán vertidos a las cuencas
y ríos. Estos residuosantes de ser dispuestos al medio ambiente, deben ser
tratados para cumplir las normas ambientales y garantizar que no afecten,tanto a
la sociedad como al medio ambiente presentes en las cercanías de estas
corrientes hídricas.
Durante el tratamiento de las aguas residuales se generan lodos que contienen
contaminantes como patógenos, metales pesados y tóxicos orgánicos, lo que
podría provocar la contaminación del aire, suelo y acuíferos. En Colombia, los
criterios utilizados para establecer los límites de concentración de contaminantes y
disposición final se encuentran en las Normas de Vertimiento de Residuos
Líquidos: Decreto 1594 de 1984 del Ministerio de Ambiente.
En las aguas residuales de una termoeléctrica,existe presencia de metales
pesados procedentes de las materias primas empleadas en el proceso industrial
(Tabla 1), también se cuenta con la presencia de materia orgánica en suspensión
y disuelta, que es la responsable de la aparición de malos olores y espumas del
aumento de la Demanda Química de Oxígeno (DQO) (Alvarado et al., 2008).
Tabla 1. Caracterización para una central térmica.
Parámetro Concentración Carga
pH <4,5 y >9,0 <4,5 y >9,0 Temperatura >40°C >40°C Sólidos suspendidos totales 200 mg/l 50.00 Demanda Bioquímica de Oxígeno (DBO)
400 mg/l 100,00
Grasas y aceites 200 mg/l 50,00
Caudal 250 m3/d
Fuente: (Ministerio de ambiente, 1997)
18
A pesar de la capacidad de autodepurarse de los ríos y efluentes, existen diversos
contaminantes que al superar niveles críticos no pueden ser degradados, tales
comoefluentes con altos contenidos de materia orgánica y metales pesados.
El cromo hexavalente (Cr VI) es considerado un metal pesado, tóxico en altas
concentraciones que afecta la salud humanaocasionando malformaciones
genéticas y graves enfermedades como erupciones cutáneas, problemas
respiratorios, daños en los riñones e hígado, cáncer de pulmón y muerte. Este
contaminante, también afecta a los animales causándoles problemas respiratorios,
defectos de nacimiento, infertilidad y formación de tumores (Alarcón, 2009). Por
las razones expuestas, es importante proponer alternativas económicas y eficaces
para su remoción.
En la actualidad hay varios métodos fisicoquímicos, que permiten la remoción de
metales pesados en aguas residuales como son la precipitación, ultrafiltración,
nanofiltración, ósmosis inversa yelectrodiálisis. No obstante, la mayoría de estos
métodos no permiten la eliminación del metal por completo, son pocos
eficientes,altamente demandantes en términos energéticos y requieren de altas
concentraciones de productos químicos.
Por otro lado, el término de biorremediaciónfue acuñado en las décadas de los
80´donde se inició a emplear procesos en los que se utilizan microorganismos
(microalgas, hongos, bacterias) y plantas macrófitas (Di Paola y Vicién, 2010)
Dentro de la biorremediación se encuentra la fitorremediación que puede
considerarse una tecnología alternativa rentable y sostenible (Kramer, 2005
Robinsonet al., 2006).En ésta, se usan plantas (Melcer y Post, 2004) y algas (Kirk
y Cain, 1996) que almacenan y eliminan sustancias tóxicas(i.e. metales) mediante
procesos metabólicos (Le Duc y Terry, 2005). En los últimos años, esta tecnología
ha generado una gran expectativa ya que cuando se le compara con los métodos
19
de tratamiento tradicionalmente usados, en la recuperación del ecosistema, resulta
una alternativa innovadoray rentable.
Existen diferentes recursos que ofrece la naturaleza para lograr su propio
equilibrio, y así contrarrestar un poco el daño de los contaminantes. Por ejemplo,
Makos & Hrncir(1995)sugieren que el empleo de macrófitas para la remoción de
Cr, Cd y Pbde aguas tiene la ventaja de requerir menores recursos económicos y
tecnológicos, por lo cual podrían ser utilizadas inclusive en países en vías de
desarrollo. Numerosos trabajos, han estudiado el potencial y la capacidad que
presentan diversas especies de macrófitas en la bioacumulación de metales.
Según Olguín y Hernández 1998, entre las características que deben poseer las
plantas acuáticas usadas para el tratamiento de las aguas residuales están las
siguientes: alta productividad, alta eficiencia de remoción de nutrientes y
contaminantes, alta predominancia en condiciones naturales adversas y fácil
cosecha.
Entre las plantas que cumplen con las condiciones anteriormente descritas, se
encuentran las macrófitas de Lemna minor. Este tipo de plantas tiene un tamaño
que oscila entre 2 a 4 mm de longitud y 2 mm de ancho. Es una de las especies
de angiospermas más pequeñas que existen en el reino de las plantas (Raven et
al. 1971).Se encuentra en charcos de agua dulce, lagos, y ciénagas. Presenta
adaptación a cualquier condición de iluminación, y su crecimiento es acelerado en
ambientes con altos niveles de nitrógeno y fosfatos. Asimismo, esta planta reduce
las probabilidades de que se presente la proliferación de algas y los consecuentes
procesos de eutroficación.
Entre los trabajos precedentes, han empleado plantas macrófitas para el
tratamiento de aguas contaminadas con metales pesados, de allí se pueden citar
los resultados más relevantes Tabla 2.
20
Además, recientementeRahmani et al., (2011), empleo la Lemna minor para tratar
aguas contaminadas con Pb y sus resultados evidenciaron que la planta es capaz
de alcanzar porcentajes de remoción de 85 al 90%.Por otra parte,Hurd y Sternberg
(2008), reportaron rendimientos de remoción de Mn2+ del 86% y López y
Tapias(2013),presentaron biorremoción de Mn2+ de 66,47%.
Tabla 2. Proceso de remoción de materiales pesados con macrófilas acuáticas.
Macrófita Metal
Pesado
Metodologia de
Investigación
Resultados finales Referencia
Lenteja de
agua
(Lemna
minor)
Pb
Las plantas fueron
expuestas a una
concentración de 5,0
mg/L durante 21 días. Las
concentraciones fueron
medidas en el agua y en
la biomasa
Este estudio demuestra el
potencial de la Lemna
minor en la remoción de
plomo y se evidencia su
efectividad en el
tratamiento de aguas
residuales.
Nazmul et al., 1999
Lenteja de
agua
(Lemna
minor)
Pb y Ni
Se puso a prueba en un
proceso por lotes con
concentraciones iniciales
de 5,0 y 10,0 mg/l de
plomo y concentraciones
de 2,5 y 5,0 mg/l de
níquel.
Eliminación del 76% de
plomo y el 82% de níquel.
Las concentraciones de
plomo y níquel usadas en
este estudio no parecieron
influir con la absorción de
los otros metales.
Axtell et al., 2003
Lenteja de
agua
(Lemna
minor)
Cr VI
Las pruebas de
laboratorio se realizaron
en diferentes condiciones
iniciales de Cr VI (0,5 y
2,0 mg/l) y temperatura
(285 y 291K) durante 16
días. Se realizó el
seguimiento de las
concentraciones de
cromo en aguas
residuales.
El estudio confirma la
viabilidad de utilizar este
tipo de macrófitas para la
eliminación de Cr VI de las
aguas residuales. Los
resultados muestran la
dependencia de la
temperatura y
concentración de cromo en
las aguas residuales.
Oporto et al., 2006
Lemna minor
y Eichhornia
crassipes
As
Se pusieron en contacto
con concentraciones de
0,15 mg/L del metal
durante 21 días. El
Arsénico se determinó en
muestras de tejido foliar y
agua por
espectrofotometría de
adsorción atómica.
No se encontraron
diferencias en la
capacidad de
bioacumulación de las dos
especies. La velocidad de
remoción de la Lemna
minor fue 140 mg As/ha d
y del Eichhornia crassipes
fue de 600 mg As/ha d.
Alvarado et al., 2008
21
También existen precedentes de la utilización de macrófitas para la remoción de
materia orgánica, entre los que se destacan los resumidos en la Tabla 3.
Tabla 3. Proceso de remoción de materia orgánica con macrófilas acuáticas
Macrófita Parámetros
medidos Metodologia de
Investigación Resultados finales Referencia
Lemna gibba
(Lenteja de
agua) DQO
Los experimentos se
desarrollaron a escala
laboratorio empleando
aguas residuales
domésticas. El objetivo
fue determinar la
eficiencia y velocidad
de remoción de carga
orgánica.
Las eficiencias de
remoción después
de 3 días están
entre 74-78%. Se
mejoró la reducción
de carga orgánica
cuando se
suministró oxígeno
al medio.
Skorner et al.,
1998
Lenteja de
agua
(Lemna minor)
NH4-N
Sistema integrado de
estanques con lentejas
y algas para el
tratamiento anaerobio
de aguas residuales
domésticas.
Concentraciones de
amonio en el rango
de 20-60 mg/l NH4-
N no afectaron el
crecimiento de la
biomasa.
Principalmente el
56% del amonio fue
eliminado del cual el
18% fue absorbido
por las lentejas de
agua.
Van der Steen
et al., 1998
Lemna gibba
(Lenteja de
agua) DQO
Se empleó un reactor
por lotes para el
tratamiento de aguas
residuales. Se estudió
la influencia que tiene
la carga orgánica de
entrada (DQO entre
200 – 500 m/l) sobre el
rendimiento del
proceso.
Los resultados
obtenidos fueron
ajustados a una
cinética de primer
orden en donde la
velocidad específica
de crecimiento está
en el rango de 0,04
– 0,06 d-1
.
Al-Nozaily et al.,
2000
22
A pesar que son numerosos los trabajos que emplean macrófitas para la
fitorremediación, a lo mejor de nuestro conocimiento, no existe precedente en
donde se evalúe el efecto combinado de la presencia de un metal pesado y
materia orgánica sobre la capacidad que tiene la Lemna minor para efectuar
procesos de fitorremediación.
En consecuencia, en este trabajo se propuso evaluar el grado de influencia que
tienen las concentraciones de cromo, materia orgánica y biomasa sobre la
capacidad de remoción que tiene la Lemna minor. Además, se determinolas
mejores condiciones a las cuales la Lemna minortiene la mayor capacidad de
remover el cromo y la materia orgánica simultáneamente. Finalmente, se procedio
a realizar el ajuste de los parámetros cinéticos que describen el proceso de
fitorremediación.
23
1. METODOLOGÍA
En la Figura 1,se muestra un esquema general de las etapas secuenciales
desarrolladas para la ejecución del presente trabajo.
Figura 1. DESCRIPCIÓN GLOBAL DE LAS ETAPAS SECUENCIALES
24
1.1 REACTIVOS
Para el desarrollo de trabajo de grado se emplearon: acido húmico, dicromato de
potasio, agua destilada, ácido sulfúrico, difenil carbacida, medio Bold Basal. Todos
los reactivos fueron grado analítico.
1.2 MATERIALES Y EQUIPOS DE LABORATORIO
Se utilizó una balanza analítica AB204-S marca Mettler Toledo, espectrofotómetro
Geneys 20 marca Thermo Spectronic, pH metro marca Geratey.
1.3 DISEÑO EXPERIMENTAL
Para determinar la capacidad que tiene la macrófita Lemna minor a remover las
cargas de cromo hexavalente (Cr VI) y materia orgánica (MO) a escala de
laboratorio, se realizaron las siguientes etapas:
1.3.1 FASE DE ADAPTACIÓN DE LA PLANTA
Se utilizaron contenedores rectangulares, fabricados en vidrio (30cm largo x 20cm
ancho x 15cm alto) con una capacidad de 8L. Se preparó 5 litros de medioBold
Basal (Anexo C), que fue vertido en dos contenedores cada uno de 2,5L.
Finalmente, las plantas fueron inoculadas al medio de cultivo durante 5 días a
condiciones ambientales y con una luminosidad artificial (156 µmol Quanta/m2) en
periodos de 12 horas (Oporto et al., 2001). Una vez, el material fue acondicionado
se procede a llevar a cabo los experimentos (Tabla ), en los cuales se determinará
la influencia de los factores densidad de la biomasa (BIO), concentración de cromo
(Cr) y concentración materia orgánica (MO) sobre la capacidad de la planta a
realizar el proceso de fitorremediación.
Para cada unidad experimental, el Cr fue dosificado a partir de una solución madre
de K2Cr2O7 de concentración 100 mg/L.
25
1.3.2 MEDIO DE CULTIVO
El medio escogido para aportar los macro y micro nutrientes necesarios para el
crecimiento de la planta fue el medio nutritivo de Bold Basal
1.4 DETERMINACIÓN DE LA INFLUENCIA DE LOS FACTORES Cr, AH y BIO
SOBRE LA CAPACIDAD DE LA LEMNA MINOR A REMOVER Cr y MO
La influencia de los factores fueron estudiados empleando un diseño de
experimentos de Box-Behnken (Tabla 2). En todos los casos, tanto el volumen de
reacción, así como las condiciones de iluminación fueron constantes y se
mantuvieron en valores de 250 ml y 156 µmol Quanta/m2, respectivamente. Los
medios utilizados fueron sintéticos y se prepararon usando dicromato de potasio y
ácido húmico de acuerdo con la Tabla .
Tabla 4. Puntos experimentales propuestos empleando un diseño experimental de Box-Behnken.
ORDEN DE CORRIDA
CROMO ACIDO HÚMICO (mg / L)
No. Individuos
(mg/ L) (Unidad)
1 0,5 10 65
2 1,25 85 65
3 1,25 160 45
4 2,0 160 65
5 0,5 160 65
6 1,25 160 85
7 2,0 85 85
8 1,25 10 85
9 2,0 85 45
10 0,5 85 45
11 0,5 85 85
12 1,25 10 45 13 2,0 10 65 14 1,25 85 65
15 1,25 85 65
1.5 DESARROLLO EXPERIMENTAL
Una vez se finaliza la fase de adaptación se procede a realizar los diferentes
medios experimentales. En cada uno de estos últimos, la concentraciónde Cr, BIO
y MOvariaron según lo consignado de la Tabla . En cada uno de los medios
26
sintéticos se empleó Dicromato de Potasio(K2Cr2O7) y Ácido Húmico como
analitos representativos para el cromo hexavalente y materia orgánica,
respectivamente. Por ejemplo, para las condiciones:i)concentración de Cr 0,5
mg/L, ii) concentración de AH10 mg/L y iii) BIO 65 plantas, se tomaron 5 ml de la
solución madre de K2Cr2O7 (100 mg/ml), se pesaron 0,01 g de AH y de BIO se
contaron 65 plantas. Losdemás puntos experimentales,se realizaron de la misma
forma pero las cantidades varían en función de las concentraciones.
1.6 EVALUACIÓN DEL CRECIMIENTO
En esta etapa se evaluó el incremento de biomasa en cada unidad experimental
por el método directo de conteo a los tiempos de 0, 3 y 6 días.
1.7 AJUSTE DE PARÁMETROS CINÉTICOS
Finalmente, se desarrolló el ajuste de los parámetros cinéticos. Para este ajuste,
se eligió el medio sintético que facilita la remoción de cromo. Para el ajuste se
ensayaron dos modelos: el primero en el cual se considera la velocidad específica
de crecimiento constante y el segundo fue el de Monod.
Una vez encontradas las condiciones más favorables, donde se obtiene la mayor
remoción de Cr VI y MO, se prosiguió a realizar el seguimiento cinético a
diferentes intervalos de tiempo (0, 0,5, 1, 2, 3, 4, 5, 6, 8 y 10 días) con el objeto de
ajustar los datos experimentales a un modelo cinético.
1.8 DETERMINACIÓN DE CROMO HEXAVALENTE
La concentración de cromo hexavalente presente en el agua sintética, se
determinó mediante el método Colorimétrico SM 3500 – Cr B (Anexo A).
27
1.9 ANÁLISIS DE DQO PRESENTE EN EL AGUA RESIDUAL
El seguimiento de materia orgánica presente en el agua sintética,fue cuantificada
a través de la demanda química de oxigeno (DQO), siguiendo el método 5220 D
SM.
1.10 CÁLCULO DEL PORCENTAJE DE REMOCIÓN
El porcentaje de biorremediación, fuecalculado empleando la Ecuación 1.
(Nacorda et al., 2010 y Sánchez y Galván, 2010).
Concentración inicial al día cero. Concentración final (día que termina la remoción).
1.11 DETERMINACIÓN DE LAS MEJORES CONDICIONES PARA LA
REMOCIÓN
Por medio del software estadístico Statistical 10 (versión prueba para
Windows), se ajustaron los resultados experimentales a una función polinómica la
cual fue maximizada con el fin de obtener la máxima remoción de Cr VI.
1.12 CINÉTICA
Para hallar un modelo matemático que describa el crecimiento de la macrófita, la
variación del Cr y de DQO en función del tiempo, se tomaron muestras de 20 ml a
intervalos de tiempos 0, 12, 24, 48, 72, 96, 120, 144, 192, 240 horas a las
condiciones más favorables de remoción (cada experimento se realizó por
triplicado). Posteriormente las muestras se filtraron y se depositaron en balones de
100 ml. A continuación, se realizó el protocolo para la determinación de Cr VI, BIO
y toma de muestra para análisis de DQO.
28
2. ANÁLISIS DE RESULTADOS
2.1 DETERMINACIÓN DEL PORCENTAJE DE REMOCIÓN
La primera fase de la experimentación consistió en la determinación del porcentaje
de remoción de Cr VI en agua residual. De esta manera, se procedió a realizar la
curva de calibración de absorbancia versus concentración (Figura 2) siguiendo el
método Colorimétrico SM 3500 – Cr B.
Se consideró el proceso de bioacumulación de Cr en la Lemna minor como un
fenómeno de adsorción superficial, caracterizado por una capacidad máxima por
parte del adsorbente (Oporto et al., 2001)
Figura 2.Curva de calibración para la determinación de remoción de Cr VI a
partir de Lemna Minor.
2.2 DISEÑO EXPERIMENTAL
A partir de los resultados de los 15 experimentos (Anexo B) se procedió a analizar
la remoción de Cr VI obtenidaal sexto día. Al evaluar el efecto de las variables y su
interacción, aplicando el análisis de varianza ANOVA (Tabla 5), Se infiere que
todas las variables excepto el efecto lineal de la biomasa y su interacción con el
y = 0,7789x + 0,0053 R² = 0,9998
0
0,1
0,2
0,3
0,4
0,5
0,6
0,7
0,8
0,9
0,0 0,2 0,4 0,6 0,8 1,0 1,2
Ab
sorb
anci
a
Concentración [µg/ml]
29
cromo tienen incidencia significativa sobre las variables de respuesta a un nivel de
confianza del 95%. En el Anexo D, se puede apreciar el diagrama de Pareto que
confirma lo obtenido por el ANOVA.
Tabla 5. Resultados del análisis estadístico (Análisis de varianza ANOVA).
Factores SC GL SMC F p
Cr 159,814 1 159,8145 113,9556 0,008661
Cr2 55,164 1 55,1641 39,3347 0,024493
AH 125,041 1 125,0407 89,1602 0,011031
AH2 229,686 1 229,6863 163,7777 0,006050
Bio 17,000 1 17,0005 12,12222 0,073513
Bio2 76,975 1 76,9749 54,8869 0,017736
Cr*AH 30,333 1 30,3328 21,6288 0,043257
Cr*Bio 13,614 1 13,6138 9,7073 0,089414
AH*Bio 317,536 1 317,5365 226,4192 0,004388
Falta de Ajuste 28,651 3 9,5504 6,8099 0,130724
Error puro 2,805 2 1,4024
Total SC 1073,00 14
R2:0,97068; R
2Ajustado:0,91792; SC: suma de cuadrados; GL: grados de libertad; SMC: suma
media de cuadrados; F y P: Coeficientes de Fisher; Cr: Cromo; AH: Ácido Húmico y BIO:Biomasa.
Se prosiguió a realizar el ajuste de los resultados experimentales (STATISTICA
10, versión prueba para Windows) por medio de un polinomio de segundo orden
con un R2 de 0.97068 (Ecuación 1)
Ecuación 1.Función objetivo empleada para maximizar la remoción de Cr VI y MO a partir de Lemna Minor.
Empleando la Ecuación 1, fue posible representar el comportamiento de la
variable de respuesta a través de sus respectivas superficies (Figura 3-5)
30
Figura 3. Porcentaje de remoción en función del AH vs Cr a BIO= 65
Figura 4. Porcentaje de remoción en función de BIO vs CR a AH=85
Figura 5. Porcentaje de remoción en función de AH vs BIO a Cr= 1,25
31
Como se puede observar, en las superficies de respuesta (Figura 3-5) hay una
tendencia no lineal quesugiere la interacción de las variables de estudio. De esta
manera, el rendimiento de la remoción aumenta a medida que aumenta la
biomasa y el ácido húmico.
La respuesta no lineal del efecto de la biomasa sobre la remoción de Cr VI, se
puede explicar por lo expuesto porMiretzkHolan & Volesky (1995) y Greene et al.,
(1986)que encontraron que algunos genotipos de microalgas tienen la capacidad
de desarrollarse en aguas contaminadas, de absorber, tolerar y acumular altas
concentración de metales pesados como Mn2+, Hg y Cr.
El efecto significativo del cambio de la pendiente con respecto al AH permitiría
inferir que la asimilación de éste por la microalga juega un rol importante para el
intercambio catiónico. Este fenómeno de competencia por la asimilación de AH fue
encontrado por Miretzky y Fernández (2010), en el cual, la adsorción de
sustancias húmicas provoca una carga negativa sobre la superficie de hidróxidos
de hierro, inhibiendo la adsorción de iones de los metales pesados.
2.3 CONDICIONES FAVORABLES DE REMOCION DE CROMO HEXAVALENTE
Bajo condiciones favorables (Cr VI: 1,625 mg/L; AH: 160mg/L; BIO: 45 plantas) se
obtiene un máximo teórico de remoción de 52,71%en un tiempo de 6 días.
Experimentalmente, se obtuvo un porcentaje de remoción del 54,24%. Los
porcentajes de remoción obtenidos en este trabajo son inferiores en un 30%
cuando se les compara con los resultados del trabajo de Hurd y Sternberg
(2008).En efecto, estos autores reportaron que la Lemna minor es capaz de
alcanzar un grado de remoción del 86% cuando se trata de Mn+2. No obstante, se
puede explicar por la diferencia en los metales sujetos de estudio.
Al comparar estos resultados se encuentra que Lemna minor ha presentado
biorremoción de Mn2+ de 66,47% (López y Tapias, 2013) y de 86% para
32
eliminación de Pb2+ (Hurd y Stemberg, 2008). Otras macrófitas por ejemplo S.
minima alcanzaron rendimientos de 54% para biorremoción de Pb2+ (Olguin et al.,
2005) y un 37% usando helecho acuático Azolla filicuoides (Benaroya et al., 2004).
Estos resultados confirman la potencialidad de emplear Lemna minor para la
biorremediación y destoxificación de metales pesados de efluentes industriales.
2.4 CINÉTICA
Con base en las condiciones favorables se determinaron los parámetros cinéticos
de crecimiento de biomasa, remoción de Cr VI y remoción de DQO. Bajo estas
circunstancias, los resultados obtenidos se muestran a continuación:
2.5 CRECIMIENTO DE BIOMASA
En la Figura 6, se observa la curva de crecimiento de la Biomasa (Lemna minor)
donde se aprecia las diferentes fases del crecimiento de un cultivo bacteriano: i)
fase de latencia, ii) fase exponencial, iii) fase estacionaria, iv) fase de declive. Con
el objeto, de ajustar un modelo se parte del hecho que se evaluaran modelos no
estructurados no segregados, empleándose los datos correspondientes a la zona
de crecimiento exponencial. Esta zona se escoge porque allí se puede garantizar
que existe un crecimiento balanceado.
33
Ln(X) = 0,0056 t + 3,6809 R² = 0,9531
3,4
3,5
3,6
3,7
3,8
3,9
4
4,1
4,2
LN(X
)
t (horas)
Curva crecimiento celular Ln X vs t
crurva de crecimiento celular fase de crecimiento celular Lineal (fase de crecimiento celular)
Figura 6.Curva de crecimiento celular de la microalga Lemna Minor a
condiciones de Cr VI: 1.625 mg/L; AH: 160mg/L y BIO: 45 plantas.
2.6 CÁLCULO DE PARÁMETROS CINÉTICOS
A partir de los datos experimentales (Tabla 7;Anexo D) se determinaron los
parámetros cinéticos de la velocidad de crecimiento máxima ( ), tiempo de
duplicación ( ) y constante de saturación ( ).
Tabla 6. Evolución de la Biomasa, Cromo Hexavalente y DQO en función del tiempo a condiciones favorables (Cr VI: 1.625 mg/L; AH: 160mg/L; BIO: 45 plantas).
Horas 0 12 24 48 72 96 120 144 192 240
Biomasa (No plantas) 45 46 46 49 61 60 60 59 52 33
Biomasa (No plantas/L) 180 183 185 197 242 239 240 237 208 130
Cromo (mg/L) 1,625 0,856 0,918 1,042 1,035 0,974 0,856 0,760 0,878 1,003
DQO mg/L O2 175,3 179,0 175,0 163,5 151,5 158,0 159,0 186,8 200,8 217,0
34
A partir de laTabla 7, se puede observar que la Lemna minor tiene un
comportamiento de adsorción rápida del metal pesado (Cr) seguido por un
fenómeno de desorción.
Este comportamiento también ha sido observado por Hurd y Sternberg (2008)
yAlvarado et al., (2008),y se explica al considerar que la acumulación de metales
por organismos acuáticos se presenta en un proceso que consta de dos pasos: un
primer paso de absorción rápida o vinculación a la superficie biológica
(biosorción), seguido por un segundo paso de transporte lento e irreversible,
controlado por difusión al interior de la célula (bioacumulación), que puede ser por
difusión del ion metálico a través de la membrana celular o por transporte activo
por una proteína transportadora.
Además, los mayores porcentajes de remoción de la DQO concuerdan con el
período de máximo crecimiento de biomasa (Tabla 7).En efecto, en el período de
24 a 72h se observa una marcada disminución de 23,83 mg/L O2. Sin embargo,
una vez la planta se encuentra en la fase estacionaria o de declive (96 – 240h)
existe un aumento significativo de la DQO. Resultados similares fueron
encontrados por García, Zarela (2012)al usar Lemna minor en el afluente de la
Laguna CITRAR con una remoción de DQO entre el 9,9 a un 43,5 mg/L.
En efecto, el comportamiento en función de la etapa de crecimiento, fue observado
porKimm et al., (1999),en el cual expone que la remoción de DQO se debe
principalmente a que la remoción de metales pesados por un sistema tratado con
plantas acuáticas se presenta en los sitios activos de las raíces densas donde las
colonias bacterianas degradadoras de materia orgánica actúan como filtros de
material particulado.
35
Tabla 7. Parámetros cinéticos de la remoción de Cr VI ajustados a un modelo lineal y de Monod.
Modelo Lineal Modelo Monod
R2 = 0.9144
= 0,1348 h-1
= 5,0606 h
R2 = 0.9765
= 1.0632 h-1
= 1.874 g/L
=0.315 h-1
A partir de los resultados de la Tabla 8, se puede inferir que el modelo Monod
presenta un mejor ajuste. Así mismo, los resultados obtenidos muestran que la
remoción de Cr VI usando Lemna Minor, remueve 1,874 g/L para una velocidad
específica de crecimiento de 1,0632 h.
En consecuencia, se puede subrayar que en la fase exponencial hay afinidad del
organismo por el sustrato. Además, la Figura 6, indica que el avance después de
la 72h comienza la fase estacionaria debido quizás a una limitación del
crecimiento de la Lemna minor por la alta densidad de la planta, lo que ha sido
observado por Gazi et al., (1999)ySteven et al., (2005).
36
3. CONCLUSIONES
La implementación de Lemna minorpara la biorremoción de cromo hexavalente y
materia orgánica tiene el potencial de biorremediar el 54,24% en 6 días, lo cual
indica que esta macrófita podría ser usada para los procesos de biosorción de
metales y destoxificación de efluentes industriales
A partir de los resultados experimentales y soportados en el análisis ANOVA se
determinó que los factores de tienen mayor influencia en el proceso de remoción
de cromo hexavalente son la concentración del ácido húmico y la concentración
del metal en un tiempo de 6 días.
A partir de la ecuación de segundo orden se obtuvo que las condiciones más
favorables para el proceso simultáneo de biorremoción de cromo hexavalente y
materia orgánica son:160 mg/L de AH, 1,625mg/Lde Cr VI y 45 plantas en 250 ml.
En los resultados experimentales de la cinética, se puede observar un proceso de
adsorción-desorción, en el que la máxima remoción del metal se encuentra en el
día 6 y después de éste se libera parte del cromo adsorbido, haciéndolo disponible
nuevamente en el medio.
El modelo de Monod presentó el mejor ajuste de los parámetros cinéticos con un
R2 de 0,9765. Así mismo, los parámetros velocidad específica de crecimiento y
constante de saturación describen apropiadamente el proceso de biorremoción de
Cr VI por Lemna Minor.
37
BIBLIOGRAFÍA
Alarcón Corredor, O. M. Los elementos traza. Revista Médica de la Extensión
Portuguesa – ULA, 2009; 4: 07-124.
Al-Nozaily F, Alaerts G, Veenstra S. Performance of duckweed-covered
sewage lagoons—I. Oxygen balance and COD removal. Water Res. 2000; 34:
2727-2733.
Alvarado S, Guédez M, Lué-Merú M, Nelson G, Anzalone A, Arroyo J.Arsenic
removal from waters by bioremediation with the aquatic plants Water.
Bioresource Techonology, 2008, 99: 8436 – 8440.
Axtell N, Sternberg S, Claussen K. Lead and nickel removal using Microspora
and Lemna minor. Bioresour. Technol. 2003; 89: 41–48.
Di Paola, María Marta; Vicién, Carmen. Biorremediación: vinculaciones entre
investigaciones, desarrollo y legislación. Disponible en: http://www.ceur-
conicet.gov.ar/imagenes/Biorremediacion2.pdf. Visitado el 12 de Diciembre de
2013.
García Trujillo, Zarela Milagros. Comparación y evaluación de tres plantas
acuáticas para determinar la eficiencia de remoción de nutrientes en el
tratamiento de aguas residuales domésticas. Lima, 2012. Trabajo de grado.
Universidad Nacional de Ingeniería.
Hyacinth. Eichhornia crassipes and Lesser Duckweed (Lemna minor).
Bioresour. Technol. 2008; 99: 8436–8440.
Kirk T., Cain R. Biodegradation of phenolics by the alga Ochromonas danica.
Applied and Environmental Microbiology, 1996; 2: 1265-1273.
38
Kramer, Ludwing. Discussions on Directive 2004/35 Concerning Enviromental
Liability. JEEPL, 2005. Disponible en línea:
http://www.estig.ipbeja.pt/~ac_direito/JEEPL_2005_4.pdf. Visitado el 25 de
Diciembre de 2013.
Le Duc D., Terry N. Phytoremediation of toxic trace elements in soil and water.
Journal Ind. Microbiol. Biotechnol. 2005; 32: 514-520.
López, Pulido; Tapias, Héctor. Biorremoción de manganeso presente en aguas
residuales de una planta termoeléctrica colombiana mediante el cultivo de
Lemna minor y Chorella sp. Bucaramanga, 2013.Trabajo de grado. Universidad
Industrial de Santander.
Makos, J. D & D. C. Hrncir.Chemistry of Cr (VI) in a constructed wetland.
Environ. Sci. Technol.,1995, 25: 2414-2419.
Melcer R., Post L. Merging genes lould create plants that clean contaminated
ground. Green to clean, 2004.
Nazmul G, Sternberg S. Bioremoval of lead from water using Lemna minor.
Bioresource Technology.1999; 70:225-230.
Olguín, E.; E. Hernández. Use of aquatic plants for recovery of nutrients and
heavy metals from wastewater. Institute of Ecology, Environmental
Biotechonology. Vancouver.1998.
Oporto C, Arce O, Van der Broeck E, Van der Bruggen B, Vandecasteele C.
Experimental study and modelling of Cr (VI) removal from wastewater using
Lemna minor. Water Res. 2006; 40:1458 – 1464.
39
Sánchez – Galván G. Mecanismos de adsorción y acumulación intracelular de
Pb2+ en Salvinia minima (Tesis doctoral) Mexico: Universidad Autónoma
Metropolitana, CONACYT; 2010.
Skörner, Lyatuu GB, Vermaat JE.The influence of Lemna gibba L. on the
degradation of organic material in duckweed – covered domestic wastewater.
Water Res. 1998; 32: 3092-3098.
Rahmati, Montazer; Rabbani, M.m.; Abdolali, A.; Keshtkar, A. R. Kinetics and
equilibrium studies on biosorption of cadmium, lead and nickel ions from
aqueous solutions by intact chemically modified browm algae. Journal of
Hazardous Materials, 2011;185: 401-407.
Raven, P., R. Evert.; S. Eichhorn. Biology of plants. New York : Worth, 1971,
791.
Robinson, B.H., R. Schulin, B. Nowack, S. Roulier, M. Menon, B. Clothier, S.
Green, T. Mills. Phytoremediation for the management of metal flux in
contaminated sites. Forest Snow and Landscape Research, 2006; 80: 221–234.
Van Der Steen P, Brenner A, Oron G. An integrated duckweed and algae pond
system for nitrogen removal and renovation.Water Sci. Technol.1998; 38: 335-
343.
40
ANEXOS
Anexo A. DETERMINACIÓN DE CROMO HEXAVALENTE (Cr VI)
Método Colorimétrico SM 3500 – Cr B:
Para cada unidad experimental, el cromo fue dosificado a partir de una solución
madre de K2Cr2O7 de concentración 100 mg/L. Se puede observar en la (Tabla 3)
el número de experimentos con sus niveles, se realizó los cálculos pertinentes y
obtuvo tres volúmenes diferentes (12.50 ml, 5 ml y 20 ml) se aforaban en un litro
de solución Bold Basal más la concentración de (AH) y el número de Lemna
minor, con estas resultados nos aseguramos que los puntos a analizar estuviera
en la curva de calibración que ya se había hecho con experimentos anteriores.
Según la calibración se pipeteo 20ml del medio, se filtró y se depositó en balones
de 100 ml, se agregó 0,25 ml de ácido sulfúrico (H2SO4) 0.2N hasta ajustar la
solución a un pH de 1,0. Se afora a 100 ml y se añaden 2 ml de la solución Difenil
Carbacida y se deja reposar en oscuridad de 5 a 10 minutos hasta alcanzar el
desarrollo del color.
Se debe medir la absorción del blanco en este caso es el agua. Se transfiere un
poco de la solución coloreada a la celda de absorción 1cm y medir la absorbancia
a 540 nm.
41
Anexo B. DATOS EXPERIMENTALES
Cromo
(mg/L)
Ácido
Húmico
(mg/L)
Lemna
Minor
(Unidad)
CONCENTRACIÓN
REMOCIÓN CROMO VI
PROMEDIO / DÍA
0 3 6
%Remoción
día 3
%Remoción
día 6
0,5
10
65
0.500
0.387
0.323
22,501 ± 1,210
35.352 ± 1,604
1,25 85 65 1.250 0.930 0.734 25,583 ± 3,368 41.310 ± 1,048
1,25 160 45 1.250 0.991 0.592 20,095 ± 2,181 52.662 ± 2,222
2,0 160 65 2.000 1.541 1.362 22,934 ± 1,119 31.882 ± 4,630
0,5 160 65 0.500 0.437 0.306 12,654 ± 3,704 38.845 ± 2,652
1,25 160 85 1.250 1.183 0.841 5,329 ±4,722 32.742 ± 1,852
2,0 85 85 2.000 1.537 1.262 23,152 ± 6,482 36.902 ± 3,360
1,25 10 85 1.250 1.100 0.703 11,964 ± 1,000 43.747 ± 2.000
2,0 85 45 2.000 1.545 1.114 22,752 ± 1,852 44.323 ± 4.544
0,5 85 45 0.500 0.449 0.270 10,166 ± 3,143 46.041 ± 0.761
0,5 85 85 1.250 1.183 0.900 38,845 ± 1,210 46.047 ± 1.489
1,25 10 45 1.250 1.183 0.900 5,329 ± 4,666 28.028 ± 4.210
2,0 10 65 2.000 1.947 1.653 2,036 ± 0,741 17.375 ± 3.210
1,25 85 65 1.250 1.194 0.705 4,456 ± 3,143 43.590 ± 0.775
1,25 85 65 1.250 0.939 0.722 24,885 ± 0,926 42.260 ± 3.094
42
Anexo C. MEDIO BOLD BASAL
COMPONENTE SOLUCIÓN STOCK
(g*L-1 d H2O)
CANTIDAD UTILIZADA
(mL*L de medio)
CONCENTRACIÓN FINAL EN MEDIO
(M)
Macronutrientes
NaNO3. 25,0 g 10 ml 2,94 X 10-3
MgSO4.7H2O 7,50 g 10 ml 3,04 X 10-4
NaCl 2,50 g 10 ml 4,28 X 10-4
K2HPO4 7,50 g 10 ml 4,31 X 10-4
KH2PO4 17,5 g 10 ml 1,29X 10-3
CaCl2. 2H2O 2,50 g 10 ml 1,70 X 10-4
Micronutrientes
Solución de metales
1 mL
ZnSO4.7H2O 8,82 g 3,07 X 10-5
MnCl2.4H2O 1,44 g 7,28 X 10-6
MoO3 0,71 g 4,93 X 10-6
CuSO4.5H2O 1,57 g 6,29 X 10-6
Co(NO3)2.6H2O 0,49 g 1,68X 10-6
Solución de Boro
1 mL
H3BO3 11,42 g 1,85 X 10-4
Solución Alcalina
1 mL
EDTA 50,0 g 1,71 X 10-4
KOH 31,0 g 5,53X 10-4
Solución de Hierro
1 mL
FeSO4.7H2O 4,98 g 1,79 X 10-5
H2SO4 (98%) 2,4 ml
43
Anexo D. DIAGRAMA DE PARETO PARA EFECTOS ESTANDARIZADOS
44
Anexo E. CÁLCULO DE LOS PARÁMETROS CINÉTICOS
a) Para el caso del modelo lineal y aplicando logaritmo natural:
b) Modelo de Monod
Cuando no se especifica el modelo cinético se asume el modelo de Monod para
realizar el cálculo de los respectivos parámetros cinéticos, teniendo así:
Siendo la velocidad especifica de crecimiento máxima, constante de
saturación y concentración de sustrato limitante.
De igual forma se ajustan los datos a una línea y recta y Linealizando se obtiene la
siguiente expresión.
Realizando el balance de masa de biomasa se obtiene el modelo de la siguiente
forma:
45
La derivada se calculó con datos experimentales espaciados por el método
de diferencias divididas finitas de newton:
Punto inicial :
Intermedios :
Punto final:
Se realiza la curva de crecimiento vs y aplicando regresión lineal en la
fase de crecimiento exponencial más la fase de crecimiento desacelerado en el
rango 24 – 72hse obtiene:
R2= 0.9765
Aplicando Monod linealizado de la siguiente forma:
La velocidad especifica de crecimiento máxima y constante de saturación igual a
0,315 h-1 y 1,874 g/l respectivamente.