Eficiencia de la Lechuga de Agua 'Pistia stratiotes' en la Remoción de Nutrientes del Agua Residual Doméstica, Urbanización la Gloria, ATE - 2014

ÍNDICE

CAPÍTULO I
INTRODUCCIÓN
1.1 PROBLEMA
1.2 OBJETIVOS

CAPÍTULO II
2.1. HIPÓTESIS
2.2. VARIABLE
2.3. OPERACIONALIZACIÓN DE VARIABLES
2.4. METODOLOGÍA
2.5 TIPO DE ESTUDIO
2.6. DISEÑO DE INVESTIGACIÓN
2.7. POBLACIÓN, MUESTRA Y UNIDAD DE ANÁLISIS
2.8. TÉCNICAS E INSTRUMENTO DE RECOLECCIÓN DE DATOS
2.8.1. PROCEDIMIENTOS PARA LA DETERMINACIÓN DE PARAMETROS FÍSICOS- QUÍMICOS
2.9. METODOS DE ANÁLISIS DE DATOS

CAPÍTULO III
RESULTADOS
3.1. ANÁLISIS DE AGUA RESIDUAL
3.2. RESULTADO DE ANÁLISIS EN LA PRUEBA DE 15 DÍAS
3.3. RESULTADO DE ANÁLISIS EN EL EXPERIMENTO DE 21 DÍAS
3.4. MÉTODO ESTADÍSTICO

CAPÍTULO IV
DISCUSIÓN

CAPÍTULO V
CONCLUSIONES

CAPÍTULO VI
RECOMENDACIONES

CAPÍTULO VII
REFERENCIAS BIBLIOGRÍFICAS
ANEXOS

ÍNDICE DE CUADROS

CUADRO N° 2.1: OPERACIONALIZACIÓN DE VARIABLES

CUADRO N° 2.2: DETALLE DE MATERIALES, EQUIPOS DE MUESTREO Y MATERIALES DE SIEMBRA͙͙

CUADRO N° 2.3: MATERIALES DE TRABAJO PARA FOSFATO

CUADRO N° 2.4: MATERIALES DE TRABAJO PARA AMONIO

CUADRO N° 2.5: MATERIALES DE TRABAJO PARA NITRATO

ÍNDICE DE TABLA

TABLA N° 3.1: RESULTADO IN SITU DE LOS PARÁMETROS FÍSICOS EN LA PRUEBA DE 15 DÍAS

TABLA N° 3.2 RESULTADO DE LA REMOCIÓN DE NUTRIENTES EN LA PRUEBA DE 15 DÍAS. .

TABLA N° 3.3: RESULTADO IN SITU DE LOS PARÁMETROS FÍSICOS DE 21 DÍAS

TABLA N° 3.4 RESULTADO INICIAL DE LOS NUTRIENTES EN EL AGUA RESIDUAL DEL EXPERIMENTO DE 21 DÍAS

TABLA N° 3.5: RESULTADO DEL NH4 EN EL TRATAMIENTO DEL AGUA RESIDUAL DE DÍAS

TABLA N° 3.6: RESULTADO DEL NO3 EN EL TRATAMIENTO DEL AGUA RESIDUAL DE DÍAS

TABLA N° 3.7: RESULTADO DEL PO4 EN EL TRATAMIENTO DEL AGUA RESIDUAL DE 21 DÍAS .

TABLA N° 3.8: RESULTADOS DEL PH Y DE LA TEMPERATURA EN LOS REACTORES EN DÍAS

TABLA N° 3.9: RESULTADOS DEL OXIGENO DISUELTO EN LOS REACTORES EN 21 DÍAS

TABLA N° 3.10: RESULTADOS DE LA CONDUCTIVIDAD EN LOS REACTORES EN 21 DÍAS

TABLA N° 3.11: RESULTADOS DE LOS SOLIDOS TOTALES DISUELTOS EN 21 DÍAS

TABLA N° 3.12 RESULTADOS IN SITU DE LAS CUATRO FECHAS, CRECIMIENTO Y REPRODUCCIÓN DE LA Pistia stratiotes EN 21 DÍAS

TABLA N° 3.13: RESULTADOS IN SITU DE LAS CUATRO FECHAS, CRECIMIENTO DE LA RAÍZ Y

DE LA PLANTA Pistia stratiotes EN 21 DÍAS

TABLA N° 3.14: RESULTADOS IN SITU DE LAS CUATRO FECHAS, CRECIMIENTO Y VOLUMEN DE LA HOJA Pistia stratiotes EN 21 DÍAS

TABLA N° 3.15: RESULTADOS DE LA REMOCIÓN DE NUTRIENTES EN LA PRUEBA DE 15 DÍAS .

TABLA N° 3.16: RESULTADOS DE LA DESVIACIÓN ESTANDAR Y MEDIA EN LA PRUEBA DE DÍAS

TABLA N° 3.17: RESULTADOS DE LA T - STUDENT EN LA PRUEBA DE 15 DIAS

TABLA N° 3.18: RESULTADOS DE LA REMOCIÓN DE FOSFATO, AMONIO Y NITRANTO EN DÍAS

TABLA N° 3.19: RESULTADOS DE LA DESVIACIÓN ESTANDAR Y MEDIA EN 21 DÍAS

TABLA N° 3.20: RESULTADOS DE LA T- STUDENT EN 21 DÍAS

TABLA N° 3.21: RESULTADOS DE LA DESVIACIÓN ESTANDAR Y MEDIA EN LA PRUEBA DE DÍAS FINAL

TABLA N° 3.22: RESULTADOS DE LA DESVIACIÓN ESTANDAR Y MEDIA EN 21 DÍAS

TABLA N° 3.23: RESULTADOS DE LA T STUDENT EN LA PRUEBA DE 15 DÍAS Y EN 21 DÍAS 39 TABLA N° 3.24: RESULTADO IN SITU DE LOS PARÁMETROS FÍSICOS DEL REACTOR PRINCIPAL

ÍNDICE DE GRAFICOS

GRAFICO N° 3.1: RESULTADO DE LA REMOCIÓN DE NUTRIENTES EN LA PRUEBA DE 15 DÍAS

GRAFICO N° 3.2: RESULTADO DEL NH4 EN EL TRATAMIENTO DEL AGUA RESIDUAL DE 21 DÍAS

GRAFICO N° 3.3: RESULTADO DEL NO3 EN EL TRATAMIENTO DEL AGUA RESIDUAL DE DÍAS

GRAFICO N° 3.4: RESULTADO DEL PO4 EN EL TRATAMIENTO DEL AGUA RESIDUAL DE 21 DÍAS

GRAFICO N° 3.5: COMPORTAMIENTO DE PH Y LA TEMPERATURA EN LOS REACTORES EN DÍAS

GRAFICO N° 3.6: COMPORTAMIENTO DEL OXIGENO DISUELTO EN LOS REACTORES EN DÍAS

GRAFICO N° 3.7: COMPORTAMIENTO DE LA CONDUCTIVIDAD EN LOS REACTORES EN DÍAS

GRAFICO N° 3.8: COMPORTAMIENTO DE LOS STD EN LOS REACTORES EN 21 DÍAS

GRAFICO N° 3.9: ABSORCIÓN DEL AMONIO Y NITRATO EN EL REACTOR 1 EN 21 DÍAS

GRAFICO N° 3.10: ABSORCIÓN DEL AMONIO Y NITRATO EN EL REACTOR 2 EN 21 DÍAS

GRAFICO N° 3.11: COMPORTAMIENTO DE CRECIMIENTO DE LA Pistia stratiotes EN EL REACTOR 1 EN 21 DÍAS

GRAFICA N° 3.12: COMPORTAMIENTO DEL CRECIMIENTO DE LA Pistia stratiotes EN EL REACTOR 2 EN 21 DÍAS

GRAFICO N° 3.13: COMPORTAMIENTO DE CRECIMIENTO DE LA RAÍZ Y DE LA PLANTA DE LA Pistia stratiotes EN EL REACTOR 1 EN 21 DÍAS GRAFICO N° 3.14: COMPORTAMIENTO DE CRECIMIENTO DE LA RAÍZ Y DE LA PLANTA DE LA Pistia stratiotes EN EL REACTOR 2 EN 21 DÍAS

GRAFICO N° 3.15: COMPORTAMIENTO DEL VOLUMEN DE LAS HOJAS DE LA Pistia stratiotes EN EL REACTOR 1 EN 21 DÍAS

GRAFICO N° 3.16: COMPORTAMIENTO DEL CRECIMIENTO DE LA HOJA DE LA Pistia stratiotes EN EL REACTOR 1 EN 21 DÍAS

GRAFICO N° 3.17: COMPORTAMIENTO DEL VOLUMEN DE LAS HOJAS DE LA Pistia stratiotes EN EL REACTOR 2 EN 21 DÍAS

GRAFICO N° 3.18: COMPORTAMIENTO DEL CRECIMIENTO DE LA HOJA DE LA Pistia stratiotes EN EL REACTOR

GRAFICO N° 3.19: COMPORTAMIENTO DE PH Y LA TEMPERATURA EN EL REACTOR PRINCIPAL

GRAFICO N° 3.20: COMPORTAMIENTO DE LA CONDUCTIVIDAD EN EL REACTOR PRINCIPAL

GRAFICO N° 3.21: COMPORTAMIENTO DEL STD EN EL REACTOR PRINCIPAL

GRAFICO N° 3.22: COMPORTAMIENTO DEL OXIGENO DISUELTO EN EL REACTOR PRINCIPAL

ÍNDICE DE FOTOGRAFÍA

FOTOGRAFÍA N° 01: IDENTIFICACIÓN DE LA ESPECIE Pistia stratiotes

FOTOGRAFÍA N° 02: RECOLECCIÓN DE LA MUESTRA

FOTOGRAFÍA N° 03: MEDICIÓN IN SITU

FOTOGRAFÍA N° 04: MÉTODO DEL FLUJO CONTINUO

FOTOGRAFÍA N° 05: ELIMINACIÓN DE ELEMENTOS PERJUDICIALES PARA EL SISTEMA DE TRATAMIENTO

FOTOGRAFÍA N° 06: PLANTACIÓN DE LA PISTIA STRATIOTES EN LOS REACTORES

FOTOGRAFÍA N° 07: PROCESO DE FILTRADO

FOTOGRAFÍA N° 08: DETERMINACIÓN DE NUTRIENTES (NITRATO, AMONIO Y FOSFATO)

RESUMEN

La presente investigación tuvo como finalidad determinar la eficiencia de la Lechuga de agua Pistia stratiotes, en la remoción de fosfato, amonio y nitrato del agua residual doméstica de la urbanización La Gloria del distrito de Ate, para lo cual se trabajo con una muestra de 200 litros de agua residual doméstica, luego de extraer el agua residual se realizó análisis in situ y de laboratorio mediante el método colorimétrico, haciendo uso del espectrofotómetro, para determinar las concentraciones en las que se encuentra el agua, después se realizo un tratamiento previo de 15 días con la finalidad de a climatizar, evaluar su desarrollo y la eficiencia, luego se realizo el experimento por 21 días, con la finalidad de analizar la eficiencia de la Pistia stratiotes en la remoción de fosfato, amonio y nitrato, obteniendo como resultado que la Pistia stratiotes es eficiente en la de remoción de nutrientes, llegando a disminuir un 92.26% y 92.46%, en los tiempos respectivos, por lo que esta planta acuática puede ser utilizada como fitoremediador para aguas residuales domésticas.

Palabras Clave: Remoción de Nutrientes, Pistia stratiotes, Agua Residual Doméstica.

ABSTRACT

This research aimed to determine the efficiency of Water lettuce Pistia stratiotes in the removal of phosphate, ammonium and nitrate domestic wastewater urbanization La Gloria district of Ate, for which I was working with a sample of 200 liters of domestic wastewater, then removing the residual water in situ and laboratory analysis was performed by the colorimetric method, using the spectrophotometer, to determine the concentrations in which the water is, after previous treatment was performed 15 days in order to be conditioned, and evaluate its development efficiency, then the experiment was conducted for 21 days, in order to analyze the efficiency of the removal Pistia stratiotes phosphate, ammonium nitrate, resulting in the Pistia stratiotes is efficient in removal of nutrients, leading to decrease by 92.26 % and 92.46 %, in the respective times, so this aquatic plant may be used as domestic wastewater phytoremediation.

Key words: Removal of Nutrient, Aquatic plants, Pistia stratiotes, Domestic Wastewater.

CAPÍTULO I

INTRODUCCIÓN

La presente investigación tuvo como finalidad determinar la eficiencia de la Lechuga de agua Pistia stratiotes en la remoción de fosfato, amonio y nitrato del agua residual domestica de la urbanización La Gloria del distrito de Ate, debido a que en cada actividad generado por el hombre, siempre se utiliza el agua para generar algún bien o servicio, trayendo consigo la alteración de su calidad, siendo así luego vertido, una vez cumplido su función, muchos de estos efluentes son vertidos a diferentes cuerpos hídricos, con o sin algún tipo de tratamiento previo, provocando impactos negativos como la eutrofización, debido a las altas concentraciones de nutrientes, las plantas acuáticas son una alternativa para el tratamiento de aguas residuales domesticas, debido a su capacidad fitorremediadora, y al bajo costo de construcción, operación y mantenimiento que posee frente a otros sistemas convencionales; como parte del procedimiento experimental, se extrajo 200 litros de muestra, primero se realizó el análisis in situ, luego se adicionaron análisis para determinar la concentración de fosfato, amonio y nitrato, mediante el método colorimétrico. Se realizo una prueba de 15 días para climatizar la Pistia stratiotes y evaluar su desarrollo, luego se realizó el experimento por 21 días, con un tiempo de retención de 7 días.

Las aguas residuales domesticas son producto de la actividad diaria del hombre, y varían según su origen, por ejemplo, se dice aguas servidas a las que se originan en hogares (domésticas) y las de industrias, se atribuye con el nombre de aguas cloacales o de alcantarillado, a los que vienen una vez mezclado sus componentes en la alcantarilla; aguas negras, cuando se refieren a desechos humanos, heces y orina, con frecuencia fresca. Aunque mucha puede ser la bifurcación de que se le quiera dar a las aguas residuales a partir del autor, todos concuerdan que son residuos contaminantes creados por acción antropogénica del cual se requiere un tratamiento previo antes de que sea llevado a algún colector o cuerpo natural receptor, las aguas residuales domésticas son recolectadas por un sistema de alcantarillado que lo conduce a una planta de tratamiento de aguas residuales o al punto de disposición final (Mujeriego, 1990), su composición es muy variable en razón de los diversos factores que lo afectan, ya sea por el consumo promedio por habitante y por día que afecta su concentración y los hábitos de alimentación de los habitantes que caracterización su composición química (Christensson, 1997).

Las aguas residuales contienen aproximadamente un 99,9% de agua y el resto por materia solida, los residuos sólidos están conformados por materia mineral y materia orgánica. La materia mineral proviene de los subproductos desechados durante la vida cotidiana y de la calidad del agua de abastecimiento. La materia orgánica proviene exclusivamente de la actividad humana y está compuesta por materia carbonácea, proteínas y grasas. Las proteínas constituyen del 40 a 50% por materia orgánica y están representadas por los complejos de amino ácidos y proporcionan la mayor parte de los nutrientes bacterianos. Aproximadamente un 50 - 60% de las proteínas se encuentran disueltas en las aguas residuales y un 20 - 30% en la fracción sedimentable. La materia carbonácea está representada por hidratos de carbono y que a su vez están constituidos por los almidones, los azucares y la celulosa, de esta materia carbonácea los primeros son fácilmente degradable. Los porcentajes de hidratos de carbono que se encuentran en forma disuelta y sedimentable son semejantes a las proteínas. Las grasas incluidas en los ácidos no suelen ser solubles y se degradan más lentamente (Universidad Nacional Abierta y a Distancia, 2014).

Los compuestos inorgánicos representan una amenaza seria en la contaminación, el nitrógeno y el fosforo son los compuestos inorgánicos más importantes para el control de la calidad del agua residual, ya que la mayor parte de estos compuestos están fracción soluble (Horan, 1993). El nitrógeno puede presentarse en los ambientes acuáticos como Nitrato, Nitrito, Amoniaco, ion Amonio, Oxido nitroso y Nitrógeno molecular, y pueden ser tomado en tres formas como Nitratos, ion amonio o como nitrógeno molecular, las dos primeras corresponde la forma como la toman la mayoría de las plantas y algas, la cual es necesaria para el crecimiento, producción de semillas y frutos, además, es una parte esencial de la estructura molecular de la clorofila; y la tercera es propia de los procariotas. La oxidación del nitrógeno se da por unas series de etapas gobernadas por bacterias, que consiste en formar amoniaco a partir de la descomposición de la materia orgánica, proceso denominado Amonificación, el amoniaco al ser inestables en el medio acido o neutro se disocia en ion amonio e hidroxilos, en cambio, en medio básico, este proceso no se realiza y parte del amoniaco se puede liberar a la atmosfera; luego el ion amonio se transforma en nitritos por acción de la bacteria Nitrosomonas y en nitrato por la acción de la bacteria Nitrobacter, proceso denominado Nitrificación (Roldan y Ramírez, 2008).

Las altas concentraciones de amonio puede tener grandes implicaciones ecológicas, ya que la oxidación demanda mucho oxigeno, lo que va en detrimento de las comunidades acuáticas, las concentraciones superiores a 0.25 mg/l de amonio afectan el crecimiento de los peces, y superiores a 0.5 mg/l se consideran letales (Atencio ¨et al¨, 2005), además los iones de amonio tienen una escasa acción toxica por si solos, pero su existencia, aun en bajas concentraciones, puede significar un alto contenido de bacterias fecales, patógenos, etc.; mientras que el nitrito puede tener varios efectos sobre la salud humana, así como en los animales, ya que es un agente etiológico potencial de metahemoglobinemia (Comisión Estatal del Agua de Jalisco, 2013).

El nitrato se encuentra solo en pequeñas cantidades en las aguas residuales domésticas, sin embargo, en el diluyente de las plantas de tratamiento biológico desnitrificante, el nitrato puede encontrarse en concentraciones de hasta 30 mg/l. El nitrato es un nutriente esencial para muchos autótrofos fotosintéticos, y en algunos casos, ha sido identificado como el determinante del crecimiento de estos, una concentración alta es indicio de una etapa mayor de mineralización de los compuestos nitrogenados, principalmente, porque los niéveles excesivos pueden provocar metahemoglobinemia, o la enfermedad de los bebes azules. Los nitratos no son peligrosos para niños mayores y adultos, pero indican la posible presencia de otros contaminantes más peligrosos, procedentes de las residencias o de la agricultura, tales como bacterias o pesticidas, además, en el estomago e intestinos de los animales, los nitratos pueden convertirse en nitrosaminas, una de sustancia peligrosamente cancerígena (Comisión Estatal del Agua de Jalisco, 2013).

El fosforo generalmente se encuentra en aguas naturales, residuales y residuales tratadas, como fosfatos. Estos se clasifican como ortofosfatos, fosfatos condensados y compuestos organofosfatados. Estas formas de fosfatos provienen de una gran cantidad de fuentes, tales como productos de limpieza, fertilizantes, procesos biológicos, etc. El fosforo es un nutriente esencial para la fotosíntesis, promueve el crecimiento de raíces sanas, por lo que la descarga de fosfatos en cuerpos de agua puede estimular el crecimiento de macro y microorganismos fotosintéticos, en cantidades nocivas, indicen el crecimiento desmesurado de algas y otros organismos, provocando la eutrofización de las aguas (Comisión Estatal del Agua de Jalisco, 2013).

Según GARCIA (2012), la eutrofización consiste en un enriquecimiento excesivo de los elementos nutritivos del agua, que da lugar a una serie de cambios sistemáticos indeseables, entre ellos la producción perjudicial de algas y otras plantas acuáticas, el deterioro de la calidad del agua, la aparición de mal olor, sabor desagradable y la muerte de peces en el cuerpo de agua. La floración excesiva de algas y plantas acuáticas es un fenómeno visible que puede complicar considerablemente la utilización y la calidad estética de las masas de agua, el consumo de las plantas acuáticas es un proceso por el cual los alimentos entran a ellas. Su fuente de alimentación son el nitrato (NO3-), amonio (NH4+), fosfato (PO43-) y otros nutrientes para crecer.

El uso de las plantas acuáticas para el tratamiento de aguas residuales en el mundo es un tema que se está tomando mayor consideración, debido a que suelen ser menos costosos y sofisticados en cuanto a su operación y mantenimiento, frente a otros sistemas convencionales, aunque dichos procesos requieren mayores extensiones de terreno en comparación con los de tipo intensivo, suelen ser igualmente eficaces en la remoción de materia orgánica e incluso más efectivo en la remoción de elementos patógenos y nutrientes, por otra parte, el consumo enérgico suele ser mínimo y su costo de mantenimiento muy bajo, requiriendo personales menos especializados, es por ello que en la actualidad sea comenzado a utilizar las plantas acuáticas para la purificación de las aguas residuales (Delgadillo, 2010).

Las plantas acuáticas son todas aquellas que necesitan una gran cantidad de agua en su ambiente, ya sea dulce o salada (especialmente en su raíces) para vivir, se desarrollan en medios muy húmedos y completamente inundados, Caicedo (1995) citado por García (2012), básicamente necesitan los mismo requerimientos nutricionales de las plantas terrestres, su clasificación se realiza en cuatro tipos como sumergidas, flotantes, emergentes y anfibias. Según (Olguín y Hernández, 1998), las características que deben contar las plantas acuáticas usadas para el tratamiento de las aguas residuales son las siguientes: alta productividad, alta eficiencia de remoción de nutrientes y contaminantes, alta predominancia en condiciones naturales adversas y fácil cosecha.

Durante la etapa de crecimiento, las plantas acuáticas absorben e incorporan los nutrientes en su propia estructura y funcionan como sustrato para los microorganismos que promueven la asimilación de estos nutrientes a través de transformación químicas, incluyendo nitrificación y desnitricación, pudiendo desarrollarse más ripiadamente, creciendo hasta 1 cm al día en algunas especies (Hauenstein y Ramírez, 1986, citado por Vila Irma, 2006), cuando las aguas están contaminadas por nutrientes (Fosfatos y nitratos), adquieren un desarrollo exuberante, pudiendo absorber nutrientes de los sedimentos. Aun en ambientes fértiles donde los efectos de las plantas sobre el potencial redox del sustrato son mínimos, debido a la acumulación de materia orgánica en descomposición, sin embargo, un exceso de contaminación puede resultar perjudicial (Barko et al. 1991). Su estequiometria es bastante estricta, por lo que su concentración tisular se relaciona por con la disponibilidad de nutrientes, es decir, limita el valor de los macrófitos como bio- indicadores de eutrofización, aunque se observa cambios en la respuesta especifica en función de la carga de nutrientes (Demars y Edwards, 2007).

Sin embargo, durante la senescencia, las plantas acuáticas o macrófitas pueden liberar importantes cantidades de fosforo, nitrógeno y materia orgánica al agua, materia que suele descomponerse más rápidamente en ecosistemas acuáticos que en terrestres. En la necromasa, el fosforo se suele liberar más rápido que el carbono, mientras que el nitrógeno lo hace más lentamente, generalmente en forma de amonio, la senescencia, al final del periodo vegetativo, contribuye a la disminución de la concentración de oxigeno disuelto y, en condiciones anaeróbicas, promueve la sedimentación de gran cantidad de materia orgánica refractaria, en planta no senescentes también se ha observado liberación activa de fosforo y nitrógeno, aunque en pequeñas cantidades; en el caso del primer nutriente, no supera al 10% del fosforo movilizado desde el sedimento (Margarita, 2009).

Maine, Duarte y Suñe, (2001), Estudiaron la capacidad de cuatros macrófitas flotantes (Salvinia herzogii, Pistia stratoties, Hydromistia stolonifera, y Eichhornia crassipes), para la extracción de cadmio en aguas residuales industriales, durante la época más fría del año, donde concluyendo, que la lechuga de agua posee mayor fitoremediacion por su gran desarrollo, así mismo, Maine “et al” (1998), Estudiaron la capacidad de cuatros plantas acuáticas para eliminación de fosforo y nitrógeno en aguas, teniendo como resultado que a los 25 días las plantas acuáticas puede absorber el 64% de fosfato, 49% de nitrato y el 93% de amonio.

Lara (2006), desarrollo la tesis de Evaluación de efecto del nuevo sistema de tratamiento de lodos sépticos en el funcionamiento del humedal artificial del relleno sanitario en la Universidad Earth, con el objetivo de determinar los niveles de remoción de nutrientes, mediante las macrófitas Oreja de ratón (Salvinia minima), Lechuga de agua (Pistia stratiotes), Lirio acuático (Eichhornia crassipes), Trista (Eleocharis elegans), y Lirio de flor amarilla (Limnocharis flava), concluyendo que la lechuga de agua requiere un tiempo mayor de 27 días para la asimilación de nutrientes, pudiendo reducir el contenido de nitritos de 280 mg/l a 254 mg/l con un 9,29%, el fosfato de 59,4 mg/l a 58 mg/l con un 2.35 % y el potasio de 202 mg/l a 185 mg/l con un 8.41%, por lo que no existió una alta eficiencia comparada con el lirio de agua.

Henry, Silva y Camargo (2006), evaluaron la eficiencia de remoción de contaminantes procedentes de un efluente de tilapia por medio de tres macrófitas acuáticas flotantes (Eichhornia crassipes, Pistia stratiotes y Salvinia molesta), encontrando que las especies E. crassipes y P. stratiotes son más eficientes en la eliminación de fosfato alcanzando porcentajes de remoción de 82% y 83.3% respectivamente, y de eliminación de nitrógeno total (46,1% y 43,9%, respectivamente), posibilitando el reusó de los efluentes en la piscicultura, así mismo, en el 2008 evaluaron la eficiencia de dos especies de macrófitas flotantes (Eichhornia crassipes y Pistia stratiotes) en el tratamiento de efluentes de un vivero de reproducción de camarones canela (Macrobrachium amazonicum), efluente de característica similar al de vertimiento procedente del lago tilapia roja. No hubo diferencias significativas en la remoción de nutrientes por parte de las dos especies vegetales, obteniendo los siguientes resultados: 71,6% por E. crassipes; 69,9% por P. stratiotes en fósforo total; 54,3% por E. crassipes; 54,5% por P. stratiotes de N-nitritos; 40% por E. crassipes, 38% por P. stratiotes de N total; 40% por E. crassipes, 38,8% por P. stratiotes de N-nitrato; 32,3% por E. crassipes, 34,7% por P. stratiotes de N amoniacal.

Walstad (2010), evaluó la capacidad de la Pistia stratiotes para la absorción de nitrato y amonio, con el objetivo de determinar el tiempo requerido para la absorción de dichos nutrientes, a través de la colocación de las plantas en vasos con soluciones nutritivas con concentraciones crecientes de nitrógeno, logrando absorber en 4 horas el amonio y en 71 horas (casi 3 días) el Nitrato, concluyendo que el amonio, eventualmente, inhibe la absorción y la asimilación del nitrato, debido a que las plantas acuáticas requieren de mayor energía (provista por la energía lumínica) para absorbe el nitrato, en comparación del Amonio.

Silva “et al” (2008), evaluaron el efecto de las concentraciones de nitrógeno y fósforo, procedentes de efluentes de lagos de cría de tilapia (Oreochromis niloticus) en el crecimiento de tres macrófitas acuáticas: Eichhornia crassipes, Pistia stratiotes, y Salvinia molesta. Para diferentes rangos de nutrientes Salvinia molesta presentó tasas más altas de crecimiento que Eichhornia crassipes y Pistia stratiotes (0.029/día, 0.016/día y 0.016/día, respectivamente). Así mismo observaron que el crecimiento de Eichhornia crassipes y Pistia stratiotes se ve afectado por las concentraciones de nitrógeno y fósforo para densidades muy altas de dichas plantas, mientras que el crecimiento de Salvinia molesta no se vio influenciado por la magnitud de dichos parámetros, manteniendo en todos los casos densidades más bajas que las otras especies. Se concluyó que Eichhornia crassipes, Pistia stratiotes pueden causar serios problemas en cuerpos de agua que reciban este tipo de efluentes y que Salvinia molesta tiene velocidades de infestación más rápidas, aún en aguas con bajos contenidos de nitrógeno y fósforo.

Rodríguez (2009), desarrollo la tesis de Estudio de un biosistema integrado para el postratamiento de las aguas residuales del café utilizando macrófitas acuáticas, con el objetivo principal de generar información necesaria para el diseño de un biosistema integrado que utilice macrófitas para el postratamiento de las aguas de mieles de café en Colombia, la cual se utilizo cuatros macrófitas (Eichhornia crassipes, Pistia stratiotes. Salvinia auriculata y Typha angustifolia), en el primer ensayo que constato de dieciocho tratamientos, con lagunas impermeables, con tres concentraciones de afluente (sin diluir y diluido al 40 y al 10% con agua de grifo) a un caudal de 70 ml/min, se encontró que la eliminación de DQO, DBO5, SST, NT, PT, y K, siguen un modelo cinético de primer orden, sin embargo, la DQO y DBO no presentaron diferencias estadísticas al 5% en comparación con los nutrientes (N, P y K), siendo su desempeño de la E. crassipes > P. stratiotes > S. auriculada > T. angustifolia, que tuvo una duración de 209 días. En el segundo ensayo que consto de 24 tratamientos, para la eliminación de la carga orgánica, utilizando las mismas lagunas del primer ensayo, se determino que la mejor especie para el postratamiento de las aguas de mieles del café fue E. crassipes, seguida de P. stratiotes, T angustifolia y S. auriculata, la cual tuvo una duración de 146 días, concluyendo que es necesario disminuir la concentración de las afluentes a valores de 1172 ppm para poder utilizar los sistemas de tratamiento con macrófitas y que un biosistema integrado se utilice la mezcla de las especies flotantes E. crassipes, P. stratiotes y S. auriculata.

En Perú existe diversos lugares que poseen sistemas de tratamiento de aguas residuales con plantas acuáticas, como es el caso de la Universidad Nacional de Ingeniería, ubicada en el departamento de Lima, posee una planta de tratamiento de aguas residuales con humedales (UNITRAR), la cual, trata un caudal de 0.4 l/s, siendo así, un sistema de tratamiento eficiencia para la purificación de las aguas residuales. Las plantas acuáticas juegan un papel fundamental en la purificación de las aguas residuales domesticas, siendo sus principales sus funciones: Filtración, Clarificación y Disminución de la proliferación de algas, la cual se basa especialmente a la amplia cubertura vegetal en la superficie del agua, impidiendo así la formación de las algas, provocado por la falta de luz solar en el sistema, trayendo como consecuencia el déficit del procesos de fotosíntesis, y con ello la disminución de la concentración del DBO, DQO, sólidos en suspensión y turbidez, es por ello que la Pistia stratiotes posee las funciones mencionadas, debido a que es una especies no arraigada, la cual navegan libremente sobre la superficie del agua ayudando a filtrar el agua, a través de las raíces, rizomas, y parte del tallo, además ayuda a suprimir la materia orgánica, el fosforó y el nitrógeno, por medio de un conjunto de microorganismos facultativos asociados a las raíces de las plantas; logrando disminuir la proliferación de algas, (Martelo y Lara, 2012).

La Pistia stratiotes es una planta de flotación libre, en forma de cuña y formar una roseta, aterciopelado, hojas de color verde claro cubierta por pelos cortos, que almacenan burbujas de aire. El envés de las hojas es densamente peluda y casi blanco, con nervios longitudinales con venas incrustados (Neuenschwander, 2009). Puede crecer hasta 15 cm de altura, 30 cm de ancho y con un gran número de raíces de plumas no ramificados hasta 80 cm de largo sumergido en el agua debajo de la las hojas de la planta, la planta madre y plantas hijas están unidos por estolones (blanco estructuras como raíces que vinculan las plantas juntas) hasta 60 cm de largo (Stephen, 2006). Las flores de la lechuga de agua son muy pequeñas (hasta 1,5 cm de largo) oculto en el centro de la planta entre las bases de las hojas. Son de color blanco-verde. La floración se produce durante todo el año. El fruto es una baya de color verdoso, de 5-10 mm de diámetro. Cuatro a quince semillas de forma oblonga se producen en cada baya. Son de color verde al principio y luego a maduran son de color marrón y son alrededor de 2 mm de largo. La reproducción es vegetativamente y a través de semillas. Las Plantas hijas se desprenden de plantas madre o colonias y se dispersen bien por las corrientes de agua o por animales, cada planta hija formar sus propias estolones, permitiendo aumentar rápidamente (Stephen, 2006).

Una vez cubierto la superficie, la Pistia stratiotes expulsa sus semillas al agua, flotan en el agua antes de hundirse hasta el fondo. Las semillas no germinan a temperaturas de menos de 20 C; pero puede sobrevivir al menos dos meses en agua fría a 4 ° C y varias semanas en hielo a -5 ° C, sin embargo, mayormente las semillas germinan a principios de verano una vez que las temperaturas suben por encima de 20 ° C y luego suben a la superficie como plántulas. (Pettet y Pettet, 1970). El crecimiento de Pistia stratiotes es inhibida a pH 4 y óptima a pH 7 (Pieterse et al., 1981). En la fotosíntesis, las plantas acuáticas flotantes emplean el oxigeno y dióxido de carbono disponible en la atmosfera. Los nutrientes son tomados de la columna de agua a través de las raíces, las cuales constituyen también un excelente medio para la filtración y adsorción de sólidos suspendidos. El desarrollo de raíces en función de la disponibilidad de nutrientes en el agua y de la demanda de nutrientes por parte de la planta. Por consiguiente, la densidad y profundidad del medio filtrante (raíces), depende en gran medida de factores como la calidad del agua, temperatura, régimen de cosecha, etcétera (Martelo y Lara, 2011).

El Perú es uno de los países que poseen un limitado sistema de tratamiento de aguas residuales domesticas, la urbanización La Gloria de Ate, no es ajeno a esta problemática, es por ello que el presente trabajo, se busca exponer en varios aspectos, partiendo del ambiental, acerca del manejo de efluentes líquidos para la mejora de la calidad del aguas residuales domesticas, y mostrar las formas de tratamientos aceptables y adecuadas para los intereses sociales, pues es la población la cual está implicada en su manejo de efluentes, de tal manera que las entidades públicas puedan implementar un plan de manejo y gestión, y se lleven a cabo no solo en esta urbanización, sino en los otros que también carecen de un buen manejo de efluentes, mediante métodos amigables con el medio ambiente, mediante la Pistia stratiotes, a pesar que muchos autores consideren a las plantas acuáticas, una amenaza para el medio acuático, debido a su rápida proliferación y su alta competencia por los nutrientes y la luz solar, como es el caso del Lirio del Agua (Eichhornia Crassipes), que posee una gran capacidad de invasión, pudiendo duplicar su área de ocupación en un periodo de 6 a 15 días, (Romero, 2011), Es por ello mismo que las plantas acuáticas son una especie acuática capaz de remediar aguas contaminadas.

De esta forma, el presente trabajo de investigación tuvo como finalidad en analizar la eficiencia de la Pistia stratiotes, en la remoción de fosfato, amonio y nitrato en el agua residual domestica de la urbanización La Gloria en el distrito de Ate, debido a que el crecimiento poblacional ha provocado un incremento de la demanda de todos los recursos renovables (RR), potencialmente renovables (RPR) y no renovales (RNR), para la satisfacción de diversas necesidades primarias, sin tener en cuenta los impactos negativos que pueden ocasionar. Uno de los RPR es el agua que actualmente es un recurso que sufre un mayor impacto. En cada actividad generado por el hombre, siempre se utilizara el agua para generar algún bien o servicio, trayendo consigo la alteración de su calidad, siendo así luego vertido, una vez cumplido su función durante los diferentes usos para los cuales ha sido empleada, muchos de estos efluentes son vertidos a diferentes cuerpos hídricos (lagos, ríos o quebradas), con o sin algún tipo de tratamiento previo, provocando a veces impactos negativos como la proliferación de enfermedades, el deterioro paisaje del lugar, la generación de grandes cantidades de gases maloliente, la eutrofización, etc.

En la actualidad se han implementado diversos métodos para el tratamiento de aguas residuales domesticas, sin embargo, son pocos los que posee la eficiencia de un tratamiento, el Perú, no es ajeno a esta problemática, así mismo, el Perú, es uno de los países que poseen un limitado sistema de tratamiento de aguas residuales domesticas, teniendo que lima se vierte al desagüe 28.65 m3/seg, sin recibir algún de tipo de tratamiento. (Marchán, 2007), dentro de ello se encuentra la urbanización La Gloria del distrito de Ate. Si este problema continua, sin desarrollar algún tipo de plan para aprovechar las aguas residuales domesticas que descargarnos a los desagües, se seguirá contribuyendo a una creciente contaminación de diversos cuerpos receptores, a pesar de la posibilidad de aprovechamiento de estas aguas que podrían reusarse en algún proceso.

Uno de los métodos de tratamiento de la aguas residuales domesticas, de naturaleza ecológica es el uso de plantas acuáticas, entre ellos, la lechuga de agua (Pistia stratiotes), el cual se presenta este proyecto de investigación, con el fin de determinar su eficiencia y capacidad de Fitorremediacion, mediante el uso de la metodología de Camacho (2014), para la prueba inicial de 15 días y la metodología de García (2012), para el desarrollo experimental.

1.1. PROBLEMA

¿Cuál será la eficiencia de la lechuga de agua (Pistia stratiotes), en la remoción de nutrientes en el agua residual domestica de la urbanización La Gloria, Ate - 2014?

Problemas específicos

- ¿Cuál es el porcentaje de remoción de Fosfato en el agua residual domestica por medio de la planta acuática Lechuga de agua?
- ¿Cuál es el porcentaje de remoción de Nitrato en el agua residual domestica por medio de la planta acuática Lechuga de agua?
- ¿Cuál es el porcentaje de remoción de Amonio en el agua residual domestica por medio de la planta acuática Lechuga de agua?

1.2. OBJETIVO

Determinar la eficiencia de la lechuga de agua (Pistia stratiotes), en la remoción de nutrientes en el agua residual domestica de la urbanización La Gloria, Ate - 2014.

Objetivos específicos

- Determinar el porcentaje de remoción de Fosfato en el agua residual domestica por medio de la planta acuática Lechuga de agua.
- Determinar el porcentaje de remoción de Nitrato en el agua residual domestica por medio de la planta acuática Lechuga de agua.
- Determinar el porcentaje de remoción de Amonio en el agua residual domestica por medio de la planta acuática Lechuga de agua.

CAPÍTULO II

MARCO METODOLÓGICO

2.1. HIPÓTESIS

La lechuga de agua (Pistia stratiotes), si es eficiente en la remoción de los nutrientes en el agua residual domestica de la urbanización La Gloria, Ate - 2014.

Hipótesis especificas

- El porcentaje de remoción de Fosfato en el agua residual domestica por medio de la planta acuática Lechuga de agua es mayor al 83,3%.
- El porcentaje de remoción de Nitrato en el agua residual domestica por medio de la planta acuática Lechuga de agua es mayor al 38,8%.
- El porcentaje de remoción de Amonio en el agua residual domestica por medio de la planta acuática Lechuga de agua es menor al 34,7%.

2.2. VARIABLES

Las variables determinadas son dos y están diferenciados en: - Independiente: Eficiencia de la lechuga de agua. - Dependiente: Capacidad de remoción de nutrientes.

2.3. OPERACIONALIZACIÓN DE VARIABLES

Cuadro N° 2.1: Operacionalización de variables

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2.4. METODOLOGÍA

La investigación es Pre-experimental por qué se están utilizando la Pistia stratiotes para determinar su nivel de eficiencia en la remoción de nutrientes, los estudios se basan en información directa del sistema de tratamiento y no se hace ninguna manipulación al sistema de tratamiento.

2.5. TIPO DE ESTUDIO

El tipo de estudio es aplicado teniendo en consideración que se está utilizando conocimiento pre existente; según la medida es de tipo cuantitativa ya que se basa en la recopilación y análisis de datos numéricos.

2.6. DISEÑO DE INVESTIGACIÓN

La investigación está orientada a evaluar y cuantificar el nivel de eficiencia de la Pistia stratiotes en la remoción de nutrientes del agua residual domesticas, a través de la toma de muestras de la combinación de los distintos colectores de agua residual que descargan a la llegada de la Planta de Tratamiento de Aguas Residuales, es por ello es el diseño de investigación es de tipo Pre-experimental; en cuanto a su temporalidad es de tipo longitudinal, debido a que se recolecto datos en diferentes puntos del tiempo.

2.7. POBLACIÓN, MUESTRA Y UNIDAD DE ANÁLISIS

- Población:

Son las aguas residuales doméstica, que vierte la urbanización La Gloria del distrito de Ate.

- Muestra:

La muestra comprende 200 litros de Aguas residuales domésticas, que vierte la urbanización La Gloria de Ate.

- Unidad de análisis:

200 litros de agua residual.

2.8. TÉCNICAS E INSTRUMENTO DE RECOLECCIÓN DE DATOS

Inicialmente la investigación se realizo con una prueba de 15 días, con el fin de a climatizar, evaluar y analizar la eficiencia en la remoción de nutrientes de la Pistia stratiotes, según Camacho (2014), menciona que las plantas acuáticas, necesitan un periodo aproximado de 15 días para poder absorber los nutrientes en el agua residual domestica.

Luego del periodo de prueba, se procedió a realizar el experimento por 21 días, con un tiempo de retención de 7 días, ya que según Van der Steen et al, citado por García (2012) la remoción de nutrientes, coliformes totales, Escherichia coli y los nutrientes alcanza el 99% en el sexto día.

Se utilizo la técnica de la observación, mediante una ficha de observación, para la determinación de Nitrato, Amonio y Fosfato, como se muestra en los Anexos 8, 9 y 10, también se utilizo la técnica de muestreo, mediante los instrumentos de protocolo de monitoreo de la calidad sanitaria de recursos hídricos superficiales, establecido por la Dirección General de Salud Ambiental (DIGESA, 2007) y el Ministerio de Vivienda, Construcción y Saneamiento (MVCS, 2013), en el cual se indican los procedimiento y lineamiento a seguir para la toma de muestras, los mismos puntos descritos a continuación:

A. ESCENARIO DE LA INVESTIGACIÓN

La investigación se desarrollo en la urbanización La Gloria del distrito de Ate (ver Anexo 1).

B. CARACTERÍSTICAS DEL PUNTO DE MONITOREO

Según el Ministerio de vivienda, construcción y saneamiento, los puntos de monitoreo deben tener las siguientes características:

- Permitir que la muestra sea representativa del flujo.
- Estar localizados en un punto donde exista una mejor mezcla y estar preferentemente cerca al punto del aforo.
- Para la medición del afluente, el punto de monitoreo debe estar antes del ingreso de agua de recirculación, si existiera.