Actividad colaborativa

Maestría en desarrollo sostenible y medio ambiente
Momento Colectivo
Aplicación de la biotecnología para remoción de metales pesados en aguas termominerales
Biviana Esperanza Rocha Gil
Sandra Liliana Moreno Ordoñez
Docente
Jorge William Arboleda Valencia
Universidad de Manizales
Facultad de Ciencias Contables, Económicas y Administrativas
Maestría en Desarrollo Sostenible y Medio Ambiente
Manizales
2019

Biotecnología Ambiental Fecha: 24 de septiembre/2019
Estudiante: Biviana Esperanza Rocha Gíl
Código: 67201816779
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Aplicación de la biotecnología para remoción de metales pesados en aguas termominerales
Contexto de las aguas termominerales en el municipio de Paipa
El Municipio de Paipa es una de las poblaciones Boyacenses con más atractivo turístico.
Entre sus atracciones se destaca el empleo de aguas termominerales (ATM) para diferentes
propósitos. Estas son empleadas por la gran mayoría de la infraestructura hotelera del Municipio.
Una vez utilizadas las aguas residuales termominerales son descargadas en lagunas que sirven para
su almacenamiento. Una vez usadas las depositan en lagunas de almacenamiento que disponen de
una estación de bombeo. Cuando se logra un determinado nivel, las ATM son bombeadas para
disponerlas finalmente en el Río Chicamocha a la altura del Canal Vargas. (Castro, 2005).
Las aguas termominerales servidas, provenientes de las piscinas termales de Paipa y las que
brotan naturalmente a la superficie, están contaminando con sales y metales pesados las aguas del
río Chicamocha, incidiendo negativamente en su calidad como agua para riego, alterando su
biodiversidad y por ende el ecosistema. Lo anterior ha traído como consecuencia el aumento de la
concentración de sales en el río, la disminución de los niveles de oxígeno disuelto de la corriente,
contaminación con metales pesados de origen natural y por ende disminución del potencial de la
corriente para uso agrícola por la acumulación de sales en los suelos de la región.
Aguas termominerales municipio de Paipa. Fuente. Corpoboyacá, (2015). Caracterización hidrobiológica y evaluación
ecológica de los sistemas naturales de aguas termominerales pertenecientes a la microcuenca quebrada Honda

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Los afloramientos de aguas termominerales ubicados sobre la falla geológica de Boyacá y
pertenecientes a la subcuenca del río Salitre, cuentan con una serie de características químicas, de
temperatura particulares, por lo que son algunas clasificadas en el grupo de alcalinas, sulfatadas,
cloruras, bicarbonatadas, entre otras (Barco y Méndez 2006). Por lo anterior, se han realizado
estudios de remoción de sales y metales pesados, a través de humedales con macrófitas,
encontrándose mayor eficiencia en Eicchornia crassipes (E. crassipes).
Debido a esta problemática CORPOBOYACÁ (Corporación Autónoma Regional de
Boyacá) y el municipio de Paipa, se han interesado por estudiar nuevas alternativas naturales de
descontaminación económicamente viables, que permitan solventar de alguna manera las altas
tasas de contaminación producidas por sales minerales y metales pesados en esta área.
Instalación de bioensayos en las instalaciones de la Planta de Tratamiento de Agua Residual de Paipa. Fuente. Rocha
(2011)
Remoción de contaminantes de aguas residuales con macrófitas acuáticas (Eichhornia
crassipes/Jacinto de agua)
Las plantas acuáticas son consideradas una de las alternativas biológicas para el tratamiento
de aguas residuales, debido a la eficiencia en la remoción de contaminantes y su bajo costo. En
Colombia una de las especies empleadas con mayor éxito en la depuración de aguas es E. crassipes,
su densa masa de raíces, constituye un soporte físico y un hábitat favorable para diversos
organismos degradadores; el revestimiento de sus hojas sobre la superficie, forma una cubierta

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aislante de la superficie aire - agua, que produce un efecto de aquietamiento, reduciendo el
movimiento de las aguas, promoviendo la sedimentación de materia orgánica y absorción de
nutrientes en sus raíces especiales, consideradas un filtro biológico. Esta especie, además, presenta
una tasa elevada de crecimiento y reproducción, lo cual favorece su capacidad de absorber
sustancias disueltas en el agua y transformarlas en biomasa, disminuyendo el nivel de
contaminantes en el hábitat donde crece.
Existe un amplio espectro de aplicaciones encontradas en la literatura que hacen referencia a
las macrófitas flotantes como sistemas naturales para el tratamiento de aguas residuales. La
mayoría ha demostrado eficiencias de remoción significativamente altas en todos los constituyentes
de las aguas residuales, siendo el Jacinto de agua la especie de mayor uso.
El surgimiento de investigaciones biológicas relacionadas con la depuración de aguas
utilizando macrófitas acuáticas ha abierto un amplio campo de esperanzas a la humanidad en este
tipo de tratamiento por sus bajos costos y sencilla infraestructura. Utilizando Eichhornia crassipes
y Pistia stratiotes, se probó su eficiencia en la depuración de las aguas residuales de industrias
metalúrgicas unidas SA IMUSA. Para esto, se construyó un canal recolector de esta agua residual
en forma de zigzag, con una longitud de 500m por 4m de ancho. Allí se ubicaron las plantas
acuáticas. Se hizo medición de parámetros físico-químicos y biológicos de los canales, en sitios
anteriores y posteriores a la zona sembrada con las macrófitas y se encontró una eficiencia del 80
al 95% en la remoción de los diferentes contaminantes del agua analizada. (Flórez, 1993).
El Buchón de agua es una planta flotante originaria del Amazonas, la que por la belleza de
su flor se ha diseminado en casi todas las áreas tropicales y sub-tropicales del mundo. Su rápida
reproducción sobre todo asexual, así como la ausencia de enemigos naturales en los nuevos lugares
de introducción, ha provocado una rápida expansión en los diferentes cuerpos de agua cubriendo
extensas áreas del mismo. (Gómez. A. y Ramírez, M. 2004). Entre sus características biológicas,
carece de tallo aparente provisto de un rizoma muy particular del que se abre un rosetón de hojas
boyantes, en la región apical son de forma ovalada, aunque pueden variar en tamaño y morfología;
hacia la parte inferior tiende a una forma de globo o una vejiga llena de aire, la cual le permite
mantenerse sobre la superficie del agua, las hojas alongadas pueden llegar a medir 1,5 metros.
(Masifwa W. F, et al., 2001).

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De otra parte, el buchón de agua es reconocido como una maleza acuática debido a su alto
nivel de reproducción y porque puede impactar negativamente en las fuentes hídricas: puede
bloquear canales de riego y ríos, destruye humedales naturales, interrumpe el paso de luz en las
corrientes de agua, cambia el pH y los niveles de oxígeno disuelto en las fuentes, provoca la pérdida
de agua por evapotranspiración, altera el hábitat de los organismos acuáticos (Ministerio de
Comercio e Inversión de Australia, 2010).
Propuesta biotecnológica para el tratamiento de aguas termominerales
En este documento se propone utilizar como sistema de tratamiento para aguas residuales o
termominerales, con presencia de metales pesados, filtros biológicos empleando como mecanismo
de remoción de contaminantes procesos de absorción y adsorción con biomasa viva o muerta, es
decir con restos secos y molidos de buchón de agua (Eichhornia crassipes) y/o plantas de buchón
vivas, planta acuática muy abundante en humedales, lagunas y ríos. Según las referencias
investigadas y estudios a escala piloto, las eficiencias de remoción son mayores al 90%. (Carreño,
U. y Granada, C. (2015). Según estos estudios es posible utilizar E. crassipes para la remoción de
sales de cloruros, metales pesados y sulfatos provenientes de aguas termominerales, a partir de la
dilución con aguas residuales crudas controlando su siembra, propagación y cosecha, ofreciendo
un sistema de tratamiento con resultados efectivos y brindando una posibilidad de tratamiento
tecnológicamente y económicamente viable.
Acumulación de metales pesados en E. Crassipes
La característica depuradora de E. crassipes, ha sido evaluada en varios escenarios, describiéndose
ventajas adaptativas, asociadas a relaciones interespecíficas con organismos degradadores y
transformadores, en ensayos de remoción de metales pesados y materia orgánica, estos han
demostrado remoción de contaminantes orgánicos e inorgánicos en aguas residuales y resultados
del 69,1% de sólidos suspendidos totales y de 71,7% de color. La gran resistencia a los metales
pesados observada en los canales vacuolares de Eichhornia puede representar uno de los pasos de
su exitosa estrategia para sobrevivir en aguas altamente contaminadas. (Paganetto, et al, 2001).

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La alta tasa de transpiración, el masivo sistema de raíces y la tolerancia a tóxicos como
metales le permiten sobrevivir en condiciones que impedirían el crecimiento a otras plantas. Se ha
demostrado que las raíces de E Crassipes absorben eficientemente una gran cantidad de nutrientes,
así como cadmio, platino, rutenio, zinc, cobre, cromo y otros metales pesados (Delgado, et al,
1993., Zaranyika, et al,1994., Maine, et al, 2001).
En Eichhornia crassipes la concentración de metales pesados tales como As, Hg, Cd, Cr,
Cu, Pb, Se y Zn puede alcanzar valores tan altos como 300 mg kg-1
de masa seca de tejido y 6000
mg kg-1
de materia seca en hojas y raíces respectivamente. Paganetto et al (2001). Zaranyica et al
(1994), también observaron la tendencia de acumulación de metales pesados en mayor proporción
en las raíces que en las hojas para Co, Fe y Cr. Igual conclusión fue alcanzada por Shneider et al
1995; Taylor, et al 2002, Scheneider et al (1995) y Delgado et al 1993. Para Zn, se encontró que
la acumulación es similar en raíces y hojas. Las características de Eichhornia para hyperacumular
metales pesados la hacen una herramienta potencial para ser utilizada como mecanismo de
remediación de aguas y suelos contaminados con este tipo de elementos (Taylor et al., 2002).
Precisamente la especie que más estragos ha ocasionado a los humedales es la Eichhornia
crassipes, planta originaria de la cuenca amazónica, que se alimenta de los nutrientes del agua y si
existe un exceso de los mismos por cuenta de vertimientos contaminantes, crece mucho más rápido,
no se genera la eutrofización, el cual impide la fotosíntesis.
A pesar de las ventajas mencionadas anteriormente, la facilidad de propagación del buchón
de agua, lo convierte en una maleza difícil de erradicar, que incrementa la evapotranspiración e
impide la penetración de la luz y el intercambio de oxígeno lo cual conlleva a una disminución de
la calidad del agua, a un fomento en la proliferación de insectos y a una reducción en la superficie
del espejo de agua. Adicionalmente, durante su proceso de descomposición, se pueden presentar
compuestos de azufre que pueden llegar a incidir en los equipos de las hidroeléctricas.
Mecanismos de Absorción
Según el Instituto Nacional de Ecología de México, las raíces de E. crassipes absorben iones y los
acumulan en las diferentes partes de la planta. Esto se logra por dos procesos de absorción:

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• Transporte pasivo o absorción de espacio libre: consiste en intercambio inmediato de iones
que tiende a nuevas posiciones de equilibrio entre el espacio libre del tejido y el medio externo.
• Transporte activo o absorción metabólica: absorción continua de iones debida a la actividad
metabólica del tejido.
Los iones se absorben por intercambio iónico y difusión, esto implica la importancia del
área superficial de las raíces, la contribución de las diferentes partes de la planta y la fuerza de la
solución. Las funciones de las raíces se ven afectadas por la disponibilidad de agua y nutrientes, la
aireación, temperatura, obstrucciones mecánicas, patógenos y predadores.
Alternativas para controlar la proliferación del buchón de agua
A nivel mundial se han propuesto muchas soluciones para controlar el crecimiento exagerado
de esta planta en los sistemas acuáticos. Entre ellas están:
1. Control químico y biológico.
2. Su uso como fuente de proteína para la industria de raciones alimenticias para animales y en
la preparación de concentrados proteicos foliares.
3. Materia prima de la pulpa papelera para la fabricación de cartón y papel artesanal, por el manejo
ecológico de los procesos de producción limpia, compatibles con los ecosistemas y la diversidad
natural y cultural de la región y al generar empleos directos a mujeres cabeza de familia.
4. Usarla en diferentes proyectos de fitorremediación y producción de biocombustibles. Su
biomasa se ha desaprovechado en los humedales y se puede utilizar para la descontaminación de
las aguas y la producción de biocombustible como bioetanol y biohidrógeno.
Aplicación biotecnológica en humedales
A raíz de este último aspecto se realizó por ejemplo un trabajo con el humedal de Córdoba y
la Conejera (Bogotá) donde se hizo una restauración hidro-ecológica, que abarcó el drenaje de los
humedales, es decir, secarlos primero, luego entrar con maquinaria pesada a recuperar su vaso
hidráulico y, posteriormente, permitir de nuevo su llenado.

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Adicionalmente, existe un proyecto de investigación entre la empresa Acueducto de Bogotá,
y la Fundación Universitaria Los Libertadores para crear un humedal artificial cercano al Humedal
Córdoba para controlar el crecimiento de la planta y evitar que las aguas residuales domésticas del
sector lleguen al humedal natural y, así, iniciar el proceso de descontaminación de sus aguas.
Esto tipo de filtro está basado en la tecnología utilizada en otros países como México, India y China
para que absorba los nutrientes (nitrógeno, fosforo y carbón) que trae el agua.
Se espera su implementación para septiembre de 2019, cuando se haya controlado el
crecimiento de esta planta acuática y se descontamine un 70 % de aguas residuales del Humedal
Córdoba, primera zona a intervenir en este proyecto. Se espera poder replicar esta iniciativa en
otros humedales de Bogotá y zonas hidrográficas que se deban intervenir en Colombia con el fin
de garantizar la sostenibilidad del ecosistema, caudales de agua limpia y controlar los vertimientos.
El uso de plantas acuáticas para el tratamiento de aguas residuales ha recibido en los últimos
10 años una gran atención. Diferentes sistemas acuáticos, llamados también sistemas hidropónicos
o de plantas macrofitas o filtros vegetales, han sido estudiados con el objetivo principal de producir
biomasas o recobrar algún otro elemento valioso, así como para tratar las aguas residuales. Es
importante destacar que esta especie puede tener efectos positivos en los ecosistemas al
incrementar la heterogeneidad de los humedales. Sin embargo, debe evitarse que la especie llegue
a convertirse en dominante en un área específica. Su extracción es necesaria para evitar el deterioro
del ecosistema, pero este proceso debe ser selectivo.
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