Eichhornia crassipes Y SU CAPACIDAD DE BIO-ABSORCIÓN DE METALES PESADOS EN AGUA SINTÉTICA

Mata-García Moisés1, Hernández-Ramírez Daniel1, González-Jiménez Alondra Lilibeth1, Vázquez- Briones María del Carmen1, Hernández y Oduña María Graciela1, Vázquez-Briones Manuel2*

*Autor por Correspondencia:

vazbri20@hotmail.com

01 (921) 21 101 60 ext 2027

Área(s) temática: Química

1Universidad Tecnológica del Sureste de Veracruz. Av. Universidad Tecnológica. Lote grande No. 1. S/C. C.P.

96360. Nanchital, Veracruz-Llave, México.

2Instituto Tecnológico Superior de Villa La Venta, Huimanguillo, Tabasco; Circuito Tecnológico No.1 Col. El

Cuatro.

Resumen:

El presente trabajo estudió la capacidad de absorción de tejidos (hojas, tallos y raíz) de metales pesados (Cu, Fe y Pb) en agua sintética durante 0, 30, 60 y 90 minutos. La cuantificación de metales pesados se llevó a cabo después de una digestión con ácido nítrico por espectrometría de absorción atómica de flama. Los resultados obtenidos en este trabajo mostraron que los tejidos de Eichhornia crassipes (hoja, tallo y raíz) presentaron capacidad de absorción de metales (Cu, Fe y Pb). Sin embargo, la raíz presentó mayor absorción de los metales Fe y Pb. Los valores de Fe en agua sintetizada tratada con la raíz de Eichhornia crassipes mostraron una disminución significativa (p˂0.05) al incrementar el tiempo a 90 minutos.

PALABRAS CLAVE: Agua, metales pesados, lirio acuático, bioabsorción, Eichhornia crassipes

Abstract:

The present work studied the absorption capacity of tissues (leaves, stems and roots) of heavy metals (Cu, Fe and Pb) in synthetic water. The quantification of heavy metals was carried out after a digestion with nitric acid by flame atomic absorption spectrometry. The results obtained in this work showed that tissues

of Eichhornia crassipes (leaf, stem and root) had metal absorption capacity of Cu, Fe and Pb. However, the root presented higher absorption of Fe and Pb metals. The Fe values in synthesized water treated with the root of E. crassipes showed a significant decrease (p˂0.05) by increasing the time to 90 minutes.

KEYWORDS: Water, heavy metals, water lily, bioabsorption, Eichhornia crassipes.

1. Introducción

El mundo atraviesa un estado de grave escasez de recursos, tanto renovables como no renovables. El agua constituye el principal recurso renovable. Sin embargo, el agua dulce disponible en la tierra es
2.5% del total de 1 386 millones de kilolitros cúbicos y solo un tercio de esta pequeña cantidad está disponible para uso humano (Janaa, 2011). Aunado a esto, el rápido crecimiento de las industrias conduce a la contaminación ambiental. Esta contaminación puede ser transferida a través de masas de agua naturales o, indirectamente, a través de actividades económicas (Karlapudi, et al. 2018). Existen varias fuentes posibles para la contaminación del agua potable con metales pesados: fugas industriales, disolución de aire contaminado y disolución de impurezas encontradas en sistemas de distribución de agua, desechos electrónicos, efluentes de curtidos (Ohara et al. 2015; Sarkar, et al. 2017). Se sabe que el Cu es un elemento esencial para la vida, mientras que otros metales, como el Pb son altamente tóxicos para todos los organismos, incluso en baja concentración (Jakimska et al. 2011; Remeikaitė- Nikienė et al. 2018). Por lo tanto, las personas se enfrentan a varios problemas de salud cuando utilizan agua contaminada por metales en sus hogares (Ahmed et al. 2016). Esto es a causa, de que, las propiedades del agua cambian por la presencia de metales pesados (Ahmed, et al. 2016).
El río Coatzacoalcos presenta en épocas de lluvia una gran cantidad de lirio acuático (Eichhornia crassipes), de esta planta se ha reportado que presenta una alta eficacia de eliminación de contaminantes y de metales pesados (Sanmuga y Senthamil, 2017). Sin embargo, Eichhornia crassipes ha ganado atención debido a su alarmante capacidad reproductiva, que posteriormente conduce a daños ecológicos en lagos eutróficos y su tolerancia a factores ecológicos. Los métodos tradicionales de eliminación mecánica del lirio acuático tienen desventajas, debido a que derrochan este valioso recurso que puede ser utilizado en la fitorremediación del agua contaminada (Wei et al.
2017). Por lo tanto, el propósito de este trabajo es evaluar la capacidad de absorción de tejidos: hojas, tallos y raíz de Eichhornia crassipes de tres metales pesados (Cu, Fe y Pb) en agua sintética, para que en trabajos posteriores se realicen pellets formulados a base de Eichhornia crassipes para el uso en tratamiento de agua.

2. Materiales y métodos

La planta Eichhornia crassipes fue recolectada en el río Coatzacoalcos en las inmediaciones de la
ciudad de Nanchital de Lázaro Cárdenas del Río, Veracruz, considerando 5 puntos de muestreo que se indican en la figura 1.

Figura 1. Punto de muestreo de Eichhornia crassipes.

Tratamiento de lirio acuático

La Eichhornia crassipes después de ser recolectada se trasladó a las instalaciones del laboratorio de análisis instrumental de la carrera de Ingeniería Química de la Universidad Tecnológica del Sureste de Veracruz. Posteriormente, se lavaron con agua de grifo hasta lograr la eliminación de tierra y hojarascas. Por último, fueron separados los tejidos del lirio (hoja, tallo y raíz).

Formulación de soluciones con metales pesados

Se prepararon soluciones en el laboratorio con una concentración conocida de metales: Cu, Fe y Pb
(10 mg/L), a partir de estándares de 1000 ppm, grado analítico, marca MerckMR.

Tratamiento del agua sintética con Eichhornia crassipes

Para el proceso de absorción de los metales presentes en las soluciones, se emplearon tres columnas de vidrio con un volumen de 600 mL a las cuales se les añadió 500 mL soluciones de metales con una concentración conocida (10 mg/L). Con la finalidad de determinar qué parte de la planta posee mayor capacidad de absorber los metales (Cu, Fe y Pb) se realizaron tres tratamientos: en el primer recipiente de vidrio se colocaron hojas, en el segundo recipiente se colocaron tallos y al último recipiente raíces de Eichhornia crassipes. A cada uno se le añadió una cantidad de 10 gramos de tejido.
Se obtuvieron muestras de la solución (150 mL) a los 0, 30, 60 y 90 minutos tratada con los tejidos de la Eichhornia crassipes para posteriormente evaluar la concentración de metales. Los tratamientos se realizaron por duplicado.

Determinación de metales por Espectrometría de absorción atómica de flama

La cuantificación de metales (Cu, Fe y Pb) en muestras de agua tratada con Eichhornia crassipes se realizó por espectrometría de absorción atómica de flama (Besada et al., 2011). Utilizando un
Espectrómetro marca Perkin ElmerMR modelo Aanalyst 400 con lámpara de catado hueco para fierro, cobre y plomo. Se elaboró una curva de calibración con estándares de cada metal (Cu, Fe y Pb) de 0 a 10mg/L.

Análisis Estadístico

Se realizó un análisis de varianza y prueba de Tukey para evaluar diferencias entre las medias de los tratamientos utilizando el software Minitab 18 (Lead Technologies Inc., NJ). Una probabilidad < de

0.05 fue considerada estadísticamente significativa.

3. Resultados y discusiones


En la figura 1 se muestra la separación de los tejidos de la planta Eichhornia crassipes que fueron utilizadas para la absorción de los metales Cu, Fe y Pb.
Figura 1. Tejidos de Eichhornia crassipes: raíz, tallo y hoja de izquierda a derecha.
De acuerdo con los resultados obtenidos en este trabajo, se da a conocer que tanto la hoja como el tallo y la raíz presentaron capacidad de absorción de metales (Cu, Fe y Pb), esto concuerda con lo reportado por Sanmuga y Senthamil (2017). La figura 2 muestra la curva estándar obtenida de cada metal (Cu, Pb y Fe).

Figura 2. Curvas estándar de metales a) Cobre, b) plomo y c) Fierro
Respecto de los resultados obtenidos de la solución donde se añadió Cu, no se observó diferencia significativa (P≤0.05) en la absorción del Cu al comparar los diferentes tejidos (hojas, tallo y raíz). El tallo de la planta Eichhornia crassipes mostró la mayor absorción desde el minuto 30 aunque no fue estadísticamente significativo (P≤0.05). Esto concuerda con lo reportado por Soltan y Rashed (2003) ya que mencionan que el jacinto acuático (Eichhornia crassipes Mart. Solms) juega un papel
sobresaliente como descontaminante de metales pesados.

Tabla 1. Concentración de Cu en agua sintetizada tratada con tejidos de Eichhornia crassipes


Concentración de Cu (mg/L)

Tiempo (min) Hoja Tallo Raíz

0 10±0.0a 10±0.0 a 10±0.0 a

30 9.68±0.1 a 6.89±0.06 a 8.58±0.06 a

60 8.01±0.0 a 6.60±0.01 a 7.21±0.1 a

90 7.60±0.1 a 6.27±0.07 a 7.11±0.09 a

a-zDiferente letra indica diferencia significativa entre tratamientos, determinada por la prueba de Tukey (p˂ 0.05).

Por otra parte, los valores Fe en la solución mostraron diferencia significativa con una probabilidad
˂0.05 comparada con los valores de la solución que contenía Cu y Pb, como se observa en la tabla 2.
Los valores de Fe en soluciones tratadas con raíz de Eichhornia crassipes mostraron una disminución significativa (P≤0.05) al incrementar el tiempo, esta tendencia fue similar a la reportada por Kumar y y Tripathi (2008) al evaluar la efectividad de tres macrófitas acuáticas Pistia stratiotes L., Spirodela polyrrhiza W. Koch y Eichhornia crassipes para la eliminación de metales pesados (Fe, Zn, Cu, Cr y Cd); sin embargo, ellos reportan una alta eliminación (>90%) de los metales durante 15 días de experimento en el agua, revelando sus resultados que E. crassipes fue más eficiente para la
eliminación de metales pesados.

Tabla 2. Concentración de Fe en agua sintetizada tratada con tejidos de Eichhornia crassipes

Concentración de Fe (mg/L)


Tiempo (min) Hoja Tallo Raíz

0 10±0.0a 10±0.0 a 10±0.0 a

30 4.60±0.02 b 4.37±0.03 b 5.79±0.0 b

60 3.92±0.02 b 4.23±0.04 b 1.86±0.05 c

90 3.23±0.2 b 3.81±0.04 b 1.61±0.02 c

a-zDiferente letra indica diferencia significativa entre tratamientos, determinada por la prueba de Tukey (p˂ 0.05).

La solución que contenía Pb tratada con la raíz de la planta Eichhornia crassipes presentó el menor valor de concentración de 4.26±0.02 a un tiempo de 90 min. A partir de 60 minutos los tejidos mostraron una disminución significativa. (Tabla 3). Por lo tanto, los tejidos (hoja, tallo y raíz) de Eichhornia crassipes presentaron la capacidad de adsorción del Pb como lo informa Soltan y Rashed
(2003).

Tabla 3. Concentración de Pb en agua sintetizada tratada con tejidos de Eichhornia crassipes

Concentración de Pb (mg/L)


Tiempo (min) Hoja Tallo Raíz

0 10±0.0a 10±0.0 a 10±0.0 a

30 9.20±0.00 a 7.50±0.0 a 7.49±0.0 a

60 8.99±0.04 b 5.31±0.05 b 4.29±0.01 b

90 8.76±0.09 b 5.13±0.04 b 4.26±0.02 b

a-zDiferente letra indica diferencia significativa entre tratamientos, determinada por la prueba de Tukey (p˂ 0.05).

4. Conclusiones

De acuerdo con los resultados obtenidos en este trabajo, la raíz de Eichhornia crassipes presentó
mayor absorción de metales (Pb y Fe). Mientras que para Cu el Tallo mostró mayor absorción. Por lo tanto, dependiendo del tipo de agua que se quiera tratar, considerando el tipo de metal a partir de algún
tejido de Eichhornia crassipes se podría realizar la formulación de pellets para utilizarlos en el tratamiento de agua.

REFERENCIAS

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Jakimska, A., Konieczka, P., Skóra, K., Y Namieśnik, J. (2011). Bioaccumulation of metals in tissues of marine animals, Part I: the role and impact of heavy metals on organisms. Polish Journal of Environmental Studies. 20 (5), 1117-1125.
Janaa, B.B. (2011). Managing the downstream pollution problems and poverty reduction in the tropical developing world: relying on the integration of nature’s library, traditional knowledge and ecological sanitation. Procedia Environmental Sciences. 9, 201 – 208.
Karlapudi, A. P., Venkateswarulu, T.C., Tammineedi, J., Kanumuri, L., Ravuru, B.K., Dirisala, V.R., Y Kodali, V.P. (2018). Role of biosurfactants in bioremediation of oil pollution-a review. Petroleum. XXX, 1-9. Doi.org/10.1016/j.petlm.2018.03.007
Kumar, V.M., y Tripathi, B.D. (2008). Concurrent removal and accumulation of heavy metals by the three aquatic macrophytes. Bioresource Technology. 99(15), 7091-7097.
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Remeikaitė-Nikienė, N., Garnaga-Budrė, G., Lujanienė, G., Jokšas, K., Stankevičius, A., Malejevas, V., Barisevičiūtė, R. (2018). Distribution of metals and extent of contamination in sediments from the south-eastern Baltic Sea (Lithuanian zone). Oceanologia, 60, 193-206.
Sanmuga, E. P., Senthamil, P.S. (2017). Water hyacinth (Eichhornia crassipes) – An efficient and economic adsorbent for textile effluent treatment – A review. Arabian Journal of Chemistry. 10, S3548–S3558.
Sarkar, M., Rahman, A.K.M.L., Y Bhoumik, N.C. (2017). Remediation of chromium and copper on water hyacinth (E. crassipes) shoot poder. Water Resources and Industry. 17, 1–6.
Soltan, M.E. y Rashed, M.N. (2003). Laboratory study on the survival of water hyacinth under several conditions of heavy metal concentrations. Advances in Environmental Research. 7(2), 321-334.
Wei, F., Kai, X., Wenbing, Z., Duanwei, Z., Yiyong, Z., Yu, Y., Naidong, X., Xiaoqiong, W., Yumei, H., Y Jianwei, Z. (2017). Analysis of utilization technologies for Eichhornia crassipes biomass harvested after restoration of wastewater. Bioresource Technology. 223, 287-295.