Evaluación preliminar de 4 técnicas de biorremediación en Huanta-

 

ÍNDICE

Portada		pág.
I. PLANTEAMIENTO DEL PROBLEMA 4	1.1. Descripción del problema
	1.2. Formulación del problema
	1.3. Objetivos: general y específicos
	1.4. Justificación
II. MARCO TEÓRICO 11	2.1. Antecedentes
	2.2. Bases teóricas
	2.3. Hipótesis generales y específicas
	2.4. Definición conceptual de las variables
III. METODOLOGÍA 27	3.1. Ámbito de estudio
	3.2. Material y métodos de investigación.
	3.2.1. Diseño de investigación
	3.2.2. Población, muestra y muestreo
	3.2.3. Descripción de la experimentación
	3.2.4. Material y equipos a utilizarse
	3.2.5. Técnica e instrumentos de acopio de datos
	3.2.6. Procesamiento de información
	3.3. Análisis de información
IV. ADMINISTRACIÓN DEL PROYECTO 34	4.1. Cronograma de actividades
	4.2. Hitos
	4.3. Presupuesto
	4.4. Financiamiento
REFERENCIAS BIBLIOGRÁFICAS
ANEXOS

  I. PLANTEAMIENTO DEL PROBLEMA

 

1.1. Descripción del problema

Huanta sufre diferentes formas de contaminación que han sido documentados en documentos académicos. Una de los modos de luchar contra esta es la biorremediación. No todo lugar contaminado es apto para esta tecnología, ni cualquiera de estas técnicas de biorremediación son aplicables en cada caso. Además, no sabemos si estas técnicas funcionaran en el clima y medio ambiente particular de Huanta. Por ello hemos elegido probar exploratoriamente 4 técnicas clásicas y diferentes entre ellas de biorremediación para su evaluación preliminar: Compostaje, Fitorremediación, Biopilas dinámicas y Humedal artificial de flujo laminar, tanto en agua como en suelo, a ser instalados ex citu en el campus de la Universidad de Huanta de modo experimental.

 

1.2. Formulación del problema

 

- Problema general:

Desconocemos que técnicas de biorremediación de suelo y agua son aplicables en el clima y medioambiente de Huanta.

 

- Problemas específicos

PE1: Desconocemos la viabilidad de la técnica de Compostaje en el clima y medioambiente de Huanta.

PE2: Desconocemos la viabilidad de la técnica de Fitorremediación en el clima y medioambiente de Huanta.

PE3: Desconocemos la viabilidad de la técnica de Biopilas dinámicas en el clima y medioambiente de Huanta.

PE4: Desconocemos la viabilidad de la técnica de Humedal artificial de flujo laminar en el clima y medioambiente de Huanta.

 

 1.3. Objetivos: general y específicos

- Objetivo general

Evaluar que técnicas de biorremediación de suelo y agua son aplicables en el clima y medioambiente de Huanta.

- Objetivos específicos

OE1: Evaluar la viabilidad de la técnica de Compostaje en el clima y medioambiente de Huanta.

OE2: Evaluar la viabilidad de la técnica de Fitorremediación en el clima y medioambiente de Huanta.

OE3: Evaluar la viabilidad de la técnica de Biopilas dinámicas en el clima y medioambiente de Huanta.

OE4: Evaluar la viabilidad de la técnica de Humedal artificial de flujo laminar en el clima y medioambiente de Huanta.

 

1.4. Justificación

La ingeniería ambiental tiene como fin la preservación y recuperación del ambiente, para ello aplica las técnicas de biorremediación, pero estas técnicas han sido desarrolladas y aplicadas en climas y realidades diferentes a la de la ciudad de Huanta, por ello es necesario probarlas en nuestras particulares condiciones ambientales.

Empresa universidad

Motiva esta investigación la mirada puesta en la formación futura de microempresas de biorremediación por parte de la universidad o empresas asociadas a esta formada por estudiantes, que den servicio a la comunidad de Huanta y permitan un modo de conseguir recursos económicos para esta.

Modernidad

Poner en vanguardia de la biorremediación moderna a los estudiantes y a la universidad de Huanta

Implicancias pedagógicas

Crear una oportunidad para los alumnos de aprender y aplicar las técnicas de biorremediación en el contexto relación empresa-universidad

En cuanto a los alcances, se consideró lo siguiente:

Alcance espacial:	Huanta
Alcance temporal:	Año 2022
Alcance institucional:	Universidad Nacional de Huanta
Alcance social:	Población de Huanta.

 

 

  II. MARCO TEÓRICO

2.1. Antecedentes

2.1.1 Internacional

2.1.1.1 Biorremediación

La biotecnología ambiental, es “la aplicación específica de la biotecnología a la gestión de problemas ambientales, incluyendo el tratamiento de residuos, el control de la contaminación, y su integración con tecnologías no biológicas” (Scragg, 1999).

Hay una diversidad de técnicas y algunas se resumen en el cuadro siguiente:

Cuadro 1

Técnicas y experiencias de biorremediación

BIOESTIMULACIÓN.	Aprovecha las particularidades de los organismos que ya están en el suelo o cuerpo de agua a tratar y busca adecuar las condiciones ambientales para potenciar el desarrollo de los mismos y la consecuente degradación de contaminantes. En resumen, la consiste en incorporar nutrientes o modificar variables ambientales como por ejemplo el pH del suelo o del agua.	Bioventing Landfarming Biopilas Compostaje
BIOAUMENTACIÓN.	Implica la incorporación de organismos ajenos al suelo, que tienen la capacidad de compuestos contaminates.
DEGRADACIÓN ENZIMÁTICA.	Uso exclusivo de enzimas para remediar un ambiente contaminado. Lacasas Peroxidasas Citocromo P-450
BIORREMEDIACIÓN MICROBIANA.	Uso de bacterias y hongos para remediar el sitio contaminado. Se buscan especies que sean capaces de metabolizar los compuestos contaminantes.
FITORREMEDIACIÓN.	Uso de plantas. Existen varios tipos de fitorremediación según las cualidades de las plantas: algunas son capaces de degradar los compuestos, otras de inmovilizarlos en sus hojas, etcétera.	Fitoextracción Fitodegradación Fitoestabilización Rizofiltración Fitoestimulación Fitovolatilización

Fuente: Elaboración propia

 

2.1.2 Nacional

Existen documentos con catálogo de tipo de contaminación en Ayacucho, pero no su potencial en biorremediación como en CONAM 2005 y MINISTERIO DEL AMBIENTE, 2014.

2.1.2.1 Biorremediación

Existen algunas empresas y experiencias que ofrecen servicios de biorremediación , en particular a  empresas mineras :

Helix BioS	Biotecnologías Aplicadas a la Remediación de Pasivos Ambientales con presencia en Cerro de Pasco, Cajamarca y Huancavelica, tratamiento de aguas ácidas.
Especialistas del Instituto de Montaña y de la Universidad Nacional Santiago Antúnez de Mayolo, con apoyo de la población de Recuay	Biorremediación de agua en Áncash, río Negro en Recuay Construyeron un sistema purificador que colecta y trata el agua contaminada del río.
Universidad Peruana Cayetano Heredia, Investigadora del laboratorio de Biotecnologia Ambiental.	Bioremediacion de suelos contaminados con mercurio utilizando pseudomonas sp. aisladas de zonas de minería informal
Universidad Nacional Santiago  Antunes de Mayolo	Microorganismos empleados para la biorremediación de efluentes mineros con cianuro (Apaza et al, 2021)
LITOCLEAN	Biorremediación ex situ, Landfarming, biopilas dinámicas, biopilas estáticas
Tesis: Yessenia Rosaluz Pisfil Calle Universidad Nacional de Piura	Remediación de suelos contaminados en operaciones de perforación en nor-oeste y selva.

Estas son algunas, pero el trabajo buscara caracterizarlas a todas.

2.1.3.1 Biorremediación clásica Huanta

No hay experiencias

2.2. Bases teóricas

Biorremediación

To overcome these drawbacks, a much better perspective is to completely destroy the

pollutants, or to transform them into some biodegradable substances. This approach can be achieved by using a technique known as bioremediation. This acts as an option to clean

environment and its resources by destroying various contaminants using natural biological

activity (Bhatnagar & Kumari, 2013, p 976).[1]

 

COMPOSTAJE.

Usualmente el compostaje convierte residuos orgánicos en fertilizante orgánico, especialmente indicado para reinstaurar la riqueza en suelos empobrecidos con el uso agrícola o procesos de erosión. En el caso de la biorremediación se usa no con fin de obtener fertilizantes,  sino de degradar compuestos contaminantes.

Consiste en estimular la descomposición aeróbica de los contaminantes orgánicos para mineralizarlos (convertirlos en CO₂ y Agua). Se ha evidenciado que los compuestos volátiles aromáticos pueden ser degradados por baterías en especial por Pseudomonas sp, al romper el anillo bencénico de la estructura química de muchos pesticidas fungicidas y herbicidas.

FITORREMEDIACIÓN.

La fitorremediación es una tecnología, basada en la capacidad de algunas plantas para tolerar, absorber, acumular y degradar compuestos contaminantes. Hay diverso mecanismo bioquímicos que permite a algunas plantas hacer esto, como la quelación, la presciencia de  fitoquelatinas, micorrizas, adsorción, absorción, oxidación, reducción, metilación, formación de complejos y  acumulación intracelular.

 

Cuadro: plantas potencialmente fitorremediadoras

NoMBRe CIENTÍFICO	NOMBRE COMUN	CONTAMINANTE
Amaranthus spinosus		Cu, Zn, Cr, Pb and Cd	Los bioorgánicos de la planta como azúcar soluble, proteínas, lípidos, fenol, aminoácidos y pigmentos fotosintéticos se estimaron después de 30 días de tratamiento. Los bioorgánicos mostraron una profunda variación en respuesta a la acumulación de metales pesados. La acumulación de Cu, Pb y Cd fue alta en las raíces seguido de tallo y hojas y la de Zn y Cr se mantuvo alta en las partes aéreas. Se observó un aumento constante en la bioacumulación de cobre, zinc y cadmio al aumentar la concentración del metal correspondiente en el suelo. El factor de bioconcentración y el factor de translocación estuvieron por encima de la unidad en la mayoría de los tratamientos y aumentaron a medida que aumentaba la concentración del tratamiento, lo que indicó que A. spinosus es un agente potencial para la acumulación y translocación de metales pesados.	Chinmayee, D., B. Mahesh, S. Pradesh y I. Mini. 2012. The Assessment of Phytoremediation Potential of Inva- sive Weed Amaranthus Spinosus L. Appl. Biochem Bio- technol. 10: 1550–1559
Ambrosia artemisifolia		Pb		Wang J, Zhao Fang-Jie, Meharg AA, Raab A, Feldmann J, McGrath SP. Mechanisms of arsenic hyperaccumulation in Pteris vittata. Uptake kinetics, interactions with phosphate, and arsenic speciation. Plant Physiol. 2002;130(3):1552-1561.
Apocynum cannabinum		Pb		Wang J, Zhao Fang-Jie, Meharg AA, Raab A, Feldmann J, McGrath SP. Mechanisms of arsenic hyperaccumulation in Pteris vittata. Uptake kinetics, interactions with phosphate, and arsenic speciation. Plant Physiol. 2002;130(3):1552-1561.
Beta vulgaris		PLOMO	especie hiperacumuladora y potencialmente peligrosa para la seguridad alimentaria
Brassica juncea	mostaza parda	Se, Pb , Cu		López, E. y E. Torija. 2006. Caracterización y tipificación de mostazas comerciales. Universidad Complutense de Madrid. página 304   de Souza MP, Chu D, Zhao M, Zayed AM, Ruzin SE, Schichnes D, Terry N. Rhizosphere bacteria enhance selenium accumulation and volatilization by Indian mustard. Plant Physiol. 1999;119(2):565-573.   Wang J, Zhao Fang-Jie, Meharg AA, Raab A, Feldmann J, McGrath SP. Mechanisms of arsenic hyperaccumulation in Pteris vittata. Uptake kinetics, interactions with phosphate, and arsenic speciation. Plant Physiol. 2002;130(3):1552-1561.   Watanabe T, Mitsuru O, Yoshihara T, Tadano T. Distribution and chemical speciation of aluminium in the Al accumulator plant, Melastoma malabathricum L. Plant Soil. 1998; 201(2):165
Brassica rapa		nabo		Mateo, J.. 2008. Prontuario de agricultura: cultivos agríco- las. España: Mundi-Prensa.
Helianthus annuus	girasol	As, Ur		Brown SL, Chaney RL, Angle JS, Baker AJM. Zinc and cadmium uptake by hyperaccumulator Thlaspi caerulescens and metal tolerant Silene vulgaris grown on sludge amended soils. Environ Sci Technol. 1995;29:1581.   Wang J, Zhao Fang-Jie, Meharg AA, Raab A, Feldmann J, McGrath SP. Mechanisms of arsenic hyperaccumulation in Pteris vittata. Uptake kinetics, interactions with phosphate, and arsenic speciation. Plant Physiol. 2002;130(3):1552-1561.
Medicago sativa	alfalfa	PLOMO BenzopyrenePAEs  PAHs	especie hiperacumuladora y potencialmente peligrosa para la seguridad alimentaria	Brown SL, Chaney RL, Angle JS, Baker AJM. Zinc and cadmium uptake by hyperaccumulator Thlaspi caerulescens and metal tolerant Silene vulgaris grown on sludge amended soils. Environ Sci Technol. 1995;29:1581.   Fu D, Teng Y, Luo Y, Tu C, Li S. Effects of alfalfa and organic fertilizer on benzopyrene dissipation in an aged contaminated soil. Environ Sci Pollut R. 2012;19:1605-1611.
Melastoma malabathricum		Al		Watanabe T, Mitsuru O, Yoshihara T, Tadano T. Distribution and chemical speciation of aluminium in the Al accumulator plant, Melastoma malabathricum L. Plant Soil. 1998; 201(2):165.
Nephrolepis exaltata		Hg		Chen J, Shiyab S, Han FX, Monts DL, Waggoner CA. Bioaccumulation and physiological effects of mercury in Pteris vittata and Nephrolepis exaltata. Ecotoxicol. 2009;18:110-121.
Pteridium esculentum		As		Robinson B, Kimb N, Marchetti M, Monid C, Schroeter L, Dijssel C, Milne G, Clothier B. Arsenic hyperaccumulation by aquatic macrophytes in the Taupo Volcanic Zone, New Zealand. Environ Exp Bot. 2006;58:206-215.
Pteris vitata		As, Hg, Cs y Sr		Chen J, Shiyab S, Han FX, Monts DL, Waggoner CA. Bioaccumulation and physiological effects of mercury in Pteris vittata and Nephrolepis exaltata. Ecotoxicol. 2009;18:110-121.   Wang J, Zhao Fang-Jie, Meharg AA, Raab A, Feldmann J, McGrath SP. Mechanisms of arsenic hyperaccumulation in Pteris vittata. Uptake kinetics, interactions with phosphate, and arsenic speciation. Plant Physiol. 2002;130(3):1552-1561.
Raphanus sativus		Cu		Choudhary SP, Bhardwaj R, Gupta BD, Dutt P, Kanwar M, Arora M. Epibrassinolide regulated synthesis of polyamines and auxins in Raphanus sativus L. seedlings under Cu metal stress. Braz J Plant Physiol. 2009;21:25-32
Salix viminlais				Salt DE, Blaylock M, Nanda Kumar PBA, Dushenkov V, Ensly BD, Chet I, Raskin I. Phytroremediation: A novel strategy for the removal of toxic elements from environment using plants. Biotechnol. 1995;13:468-475.
Sesbania aculeata		heavy metals	The results suggest that both crops can successfully be used for phytoremediation of metal-contaminated calcareous soils.	Suthar, V., K. Memon y M. Hassa. 2014. EDTA- enhan- ced phytoremediation of contaminated calcareous soils: heavy metal bioavailability, extractability, and uptake by maize and sesbania. Environ Monit Assess. 12: 3957– 3968
Silene vulgaris		Zn y Cd		Robinson B, Kimb N, Marchetti M, Monid C, Schroeter L, Dijssel C, Milne G, Clothier B. Arsenic hyperaccumulation by aquatic macrophytes in the Taupo Volcanic Zone, New Zealand. Environ Exp Bot. 2006;58:206-215.
Thlaspi caerulescens		Cd y Zn		McCutcheon SC, Schnoor JL. Phytoremediation transformation and control of contaminants, pp. 987, Wiley-Interscience, New Jersey, USA; 2003.
Zea mais	MA IZ	heavy metals	The results suggest that both crops can successfully be used for phytoremediation of metal-contaminated calcareous soils.	Suthar, V., K. Memon y M. Hassa. 2014. EDTA- enhan- ced phytoremediation of contaminated calcareous soils: heavy metal bioavailability, extractability, and uptake by maize and sesbania. Environ Monit Assess. 12: 3957– 3968

Elaboración propia

BIOPILAS DINÁMICAS.

 

HUMEDAL ARTIFICIAL DE FLUJO LAMINAR.

2.3. Hipótesis generales y específicas

2.3.1 Hipótesis general

Existen técnicas de biorremediación de suelo y agua que son aplicables en el clima y medioambiente de Huanta.

2.3.2 Hipótesis específicas

OE1: La técnica de Compostaje en el clima y medioambiente en Huanta es viable.

OE2: La técnica de Fitorremediación en el clima y medioambiente en Huanta es viable.

OE3: La técnica de Biopilas dinámicas en el clima y medioambiente en Huanta es viable.

OE4: La técnica de Humedal artificial de flujo laminar en el clima y medioambiente en Huanta es viable.

 

2.4. Definición conceptual de las variables

Variable es toda magnitud que cambia, (cualitativa o cuantitativamente), la variable independiente es la causa del cambio de la variable dependiente. en nuestro caso estudiamos 4 técnicas de biorremediación, el efecto o variable dependiente es la magnitud de la disminución de la contaminación

III. METODOLOGÍA

La metodología es la correspondiente a la investigación tecnológica. Pues tiene un fin aplicativo y que es analizar que técnicas son más eficientes, típico en las investigaciones tecnológicas.

 

3.1. Ámbito de estudio

Existen distintos ámbitos de estudio, los cuales los principales son los siguientes:

- Alcance espacial:

 Huanta - Ayacucho

-Alcance temporal:

 Año 2022

- Alcance institucional:

 Universidad Nacional Autónoma de Huanta

- Alcance social:

 Ciudadanos de Huanta 2020.

3.2. Material y métodos de investigación

 

3.2.1. Diseño de investigación

Diseño experimental de Investigación

 

3.2.2. Población, muestra y muestreo

Población

Población rural de Huanta

Muestra

Suelo contaminado por agrotóxicos

 3.2.3. Descripción de la experimentación

Se construirá un recinto cerrado ex citu (jaula geodésica) para realizar los experimentos. Este se cubrirá con agrofilm para mantener la luz y humedad.

Se construirá un circuito artificial de humedal artificial de flujo laminar con geomembrana

Se sembraran en macetas 3 especies de plantas bio acumuladoras:  alfalfa (Medicago sativa), girasol (Helianthus annuus )y una nativa. Tanto en maceta blanco como experimentales.

Se crear aun compostaje con suelo contaminado

Se creará una pila geodinámica con suelo contaminado

 

3.2.4. Material y equipos a utilizarse

 

PILOTO DE EXPERIMENTACIÓN

Se construirá un recinto cerrado ex citu (jaula geodésica) para realizar los experimentos. Este se cubrirá con agrofilm para mantener la luz y humedad.

Se construirá un circuito artificial de humedal artificial de flujo laminar con geomembrana

Se sembraran en macetas 3 especies de plantas bio acumuladoras:  alfalfa (Medicago sativa), girasol (Helianthus annuus )y una nativa. Tanto en maceta blanco como experimentales.

Se crear aun compostaje con suelo contaminado

Se creará una pila geodinámica con suelo contaminado

ANÁLISIS DE SUELO Y AGUA

Las muestras de suelo y agua se analizarán antes y después de 30 días del ensayo en laboratorios especializados y certificados de calidad ambiental, para lo que se enviaran las muestras para su análisis.

 

ANÁLISIS DE DATA

3.2.5. Técnica e instrumentos de acopio de datos

Revisión bibliográfica en google académico y en las bibliotecas de universidades cercanas o relacionadas a Huanta

 

3.2.6. Procesamiento de información

Se procederá a ordenar y tabular los datos resultantes

3.3. Análisis de información

Se procederá a analizar la  información con software Anova

IV. ADMINISTRACIÓN DEL PROYECTO

 

4.1. Cronograma de actividades

FECHA/ ACTIVIDAD	AGOSTO	SETIEMBRE	OCTUBRE	NOVIEMBRE	DICIEMBRE
Revisión bibliográfica	x
Construcción de piloto		x
Experimentación y maduración de cultivos			X
Análisis de laboratorio				X
Informe final					x

 

4.2. Hitos

 Los hitos serán determinados a medida que se vaya desarrollando el informe final del

proyecto

. 4.3. Presupuesto

-Bienes.

6 Tubos pvc	120
50m2 agro film	300
geomenbrana	200
Motor agua	50
total	570

 

- SERVICIOS.

Análisis de suelo en laboratorio	300
Análisis de agua en laboratorio	300
total	600

Total 1170

 4.4. Financiamiento

El proyecto será autofinanciado por los integrantes del proyecto (docentes), el mismo que procurará el apoyo de algunos recursos institucionales de la universidad e Huanta

. 

 

REFERENCIAS BIBLIOGRÁFICAS

Apaza Aquino, H., Rojas Machaca, Y., Mamani Mamani, E., & Chura Palli, V. (2021). Microorganismos empleados para la biorremediación de efluentes mineros con cianuro. Aporte Santiaguino, 14(1), pág. 120-137. https://doi.org/10.32911/as.2021.v14.n1.711

Bhatnagar, S., & Kumari, R. (2013). Bioremediation: A Sustainable Tool for Environmental Management – A Review. Annual Research & Review in Biology, 3(4), 974-993. Retrieved from https://journalarrb.com/index.php/ARRB/article/view/24983

CONAM.(2005) Indicadores ambientales Ayacucho. Consejo Nacional del Ambiente, Presidencia del Consejo de Ministros.

Daly, M.J. (2000): “Engineering radiation-resistant bacteria for environmental biotechnology”, Current Opinion in Biotechnology 11, 280-285.

Meagher, R.B. (2000): “Phytoremediation of toxic elemental and organic pollulants”, Current Opinion in Plant Biology 3, 153-162

Merkle, S.A., J.F.D. Dean (2000): “Forest tree biotechnology”, Current Opinion in Biotechnology 11, 298-302

MINISTERIO DEL AMBIENTE. (2014). GUÍA PARA LA ELABORACIÓN DE PLANES DE DESCONTAMINACIÓN DE SUELOS. Vice Ministerio de Gestión Ambiental, Dirección General de Calidad Ambiental, En el marco del Decreto Supremo N° 002-2013-MINAM, que aprueba los  Estándares de Calidad Ambiental (ECA) para Suelo

Scragg, A. (1999). Environmental Biotechnology. Essex: Longman-Pearson Education Limited

Stephen, J.R., S.J. Macnaughton (1999): “Developments in terrestrial bacterial remediation of metals”, Current Opinion in Biotechnology 10, 230-233.

Pareja, Enrique Iáñez.  (17 de julio de 2000). Medio ambiente e ingeniería genetica. Conferencia Curso de Verano de la Universidad SEK Instituto de Biotecnología, Universidad de Granada. Biología, Sociedad y Ética. https://www.ugr.es/~eianez/Biotecnologia/ambio.htm

Pisfil Calle, Yessenia Rosaluz.(2019). Tesis:Remediación de suelos contaminados en

operaciones de perforación en nor-oeste y selva. Universidad Nacional de Piura. https://repositorio.unp.edu.pe/bitstream/handle/UNP/1901/PET-PIS-CAL-2019.pdf?sequence=1&isAllowed=y

Yuri Puicon y Jasmin E. Hurtado (s.f) BIOREMEDIACION DE SUELOS CONTAMINADOS CON MERCURIO  UTILIZANDO Pseudomonas sp. AISLADAS DE ZONAS DE MINERIA INFORMAL Universidad Peruana Cayetano Heredia, Investigadora del laboratorio de Biotecnologia Ambiental.

https://aidisnet.org/wp-content/uploads/2019/07/233-Peru-oral.pdf

 

 

---

[1] “Para superar estos inconvenientes, una perspectiva mucho mejor es destruir completamente los

contaminantes, o transformarlos en algunas sustancias biodegradables. Este enfoque se puede lograr mediante el uso de una técnica conocida como biorremediación. Esto actúa como una opción para limpiar

medio ambiente y sus recursos mediante la destrucción de diversos contaminantes utilizando la actividad de biológicos naturales” (traducción propia).