RESUMEN ....................................................................................................................................................... 1 1. INTRODUCCIO N .................................................................................................................................. 3 2. OBJETIVOS ............................................................................................................................................ 4 2.1. Objetivo general ......................................................................................................................... 4 2.2. Objetivos especí ficos ................................................................................................................ 4 3. HIPOTESIS DE LA INVESTIGACIO N ............................................................................................. 4 4. REVISIO N DE LITERATURA ............................................................................................................ 4 4.1. Cianobacterias ............................................................................................................................ 4 4.2. Cianotoxinas ................................................................................................................................ 7 4.2.1. Microcistinas (MC) ........................................................................................................ 11 4.2.2. Cilindrospermopsina (CYN) ...................................................................................... 12 4.3. Humedales construidos para la remediacio n de aguas contaminadas´ ............ 14 4.3.1. Clasificacio n de HC ........................................................................................................ 14 4.4. Mecanismos de remocio n de cianotoxinas a trave s de humedales construidos ………………………………………………………………………………………………………………..17 4.5. Nutrientes y para metros fisicoquí micos en la fitorremediacio n de cianotoxinas ........................................................................................................................................... 18 4.5.1. Nitrificacio n ..................................................................................................................... 19 4.5.2. Desnitrificacio n .............................................................................................................. 20 5. MATERIALES Y ME TODOS ........................................................................................................... 20 5.1. Descripcio n del experimento ............................................................................................. 20 5.1.1. Unidades experimentales ........................................................................................... 21 5.1.2. Preparacio n de nutrientes, simulacio n agua de lago eutrofizado ............... 23 5.1.3. Preparacio n cultivo de las cianotoxinas ................................................................ 23 5.1.4. Programa de monitoreo .............................................................................................. 24 5.1.5. Disen o experimental .................................................................................................... 26 5.1.6. Ana lisis estadí stico ........................................................................................................ 26 6. RESULTADOS Y DISCUSIO N. OBJETIVOS 1 Y 2 EFICIENCIAS DE REMOCIO N DE LAS PLANTAS Y EL MEDIO FILTRANTE SOBRE LAS CIANOTOXINAS .......................................... 28 6.1. Fase Control .............................................................................................................................. 28 6.1.1. Para metros fisicoquí micos ......................................................................................... 28 - pH ................................................................................................................................................. 29 - Temperatura ............................................................................................................................. 29 - Conductividad .......................................................................................................................... 30 - Oxí geno disuelto ..................................................................................................................... 31 - Reacciones de Oxido- Reduccio n (REDOX) ................................................................... 31 6.1.2. Nutrientes ......................................................................................................................... 32 - Nitro geno Total - TN .............................................................................................................. 33 - Amoniaco ................................................................................................................................... 35 - Nitratos ....................................................................................................................................... 37 - Fosfatos ...................................................................................................................................... 39 6.2. Fase Tratamiento .................................................................................................................... 41 6.2.1. Para metros fisicoquí micos ......................................................................................... 41 - pH ................................................................................................................................................. 41 - Temperatura ............................................................................................................................. 42 - Conductividad .......................................................................................................................... 43 - Oxí geno disuelto ..................................................................................................................... 44 - Reacciones o xido- reduccio n- REDOX ............................................................................ 45 6.2.2. Nutrientes ......................................................................................................................... 45 - Nitro geno Total ........................................................................................................................ 47 - Nitratos ....................................................................................................................................... 48 - Amoniaco ................................................................................................................................... 50 - Fosfatos ...................................................................................................................................... 52 6.2.3. Remocio n de cianotoxinas .......................................................................................... 53 - Remocio n volume trica toxina MCLR ............................................................................... 55 - Remocio n volume trica toxina CYN .................................................................................. 57 - Remocio n en masa toxina MC-LR ..................................................................................... 59 - Remocio n en masa toxina CYN .......................................................................................... 62 7. RESULTADOS Y DISCUSIO N. OBJETIVO 3- Configuracio n optima de humedales construidos para la eliminacio n de cianotoxinas ........................................................................ 64 8. CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES ................................................................................ 70 9. REFERENCIAS BIBLIOGRA FICAS .............................................................................................. 71

La remoción de las cianotoxinas en el agua no es fácil y se ha basado principalmente en tratamientos convencionales, el cual es costoso por requerir químicos, un alto consumo energético e infraestructura especializada, lo que restringe su uso en zonas aisladas y rurales. Como alternativa, se propone los humedales construidos como solución ecotecnológica de bajo costo que puede tratar el agua asimilando nutrientes y degradando otros contaminantes, incluidas las cianotoxinas. De hecho, ya se ha demostrado que los mesocosmos de humedales construidos biodegradan eficazmente la Microcystin-LR (MC-LR). Han sido pocas las investigaciones en este campo llevadas a cabo en Colombia, considerando que en los últimos años se han presentado estas toxinas, principalmente Cylindrosmperosina (CYN) y MC-LR, en cuerpos de agua como embalses o el agua de lagunas utilizada para riego. Por lo tanto, debido a la escasa literatura al respecto, se deicidio hacer un estudio a nivel de laboratorio. Se instalaron 18 mesocosmos de humedales construidos a escala de laboratorio en la ciudad de Pereira- Colombia con el objetivo de investigar su capacidad de remover cianotoxinas del agua, a través del monitoreo del agua de entrada y de salida en los respectivos sistemas. Las muestras tomadas para la identificación de cianotoxinas fueron analizadas y procesadas en el Laboratorio de Química Ambiental de la Universidad de Aarhus- Dinamarca a través del instrumento LC-MS/MS, mientras que, algunos parámetros fisicoquímicos (Conductividad, pH, temperatura, OD y REDOX) fueron medidos en el Laboratorio de Procesos Biológicos de la Universidad Tecnológica de Pereira mediante medidores portátiles. Además, se tomaron muestras para nutrientes como Nitrógeno Total, Nitratos, Amoniaco y Fosfatos, las cuales se enviaron en recipientes de plástico de 50 ml para ser analizados por QuikChem Methods® (10-107-06-3-D, 10-107- 04-1-C, y 10-115-01-1-A, respectivamente) en un analizador automatizado de inyección de flujo en Aarhus Dinamarca. No se obtuvieron los porcentajes de remoción esperados para ambas toxinas, el valor promedio obtenido considerando la evapotranspiración fue del 56% para MC-LR y el valor promedio obtenido para CYN fue del 41%; quizás al ser sistemas jóvenes no existía aún un buen establecimiento del rizoma que pudiese mejorar la absorción y retención de la materia orgánica, así como a una mayor variabilidad de bacterias que degraden las cianotoxinas. Para MC-LR se obtuvieron mayores remociones por el tipo de planta (Phragmites australis), mientras que, para CYN es primordial el tiempo de contacto de la toxina con la biopelícula (condicionado por el sustrato), CYN presentó mayores tasas de degradación con arena debido al porcentaje de porosidad de este material, lo que permite un mayor contacto de la toxina con el rizoma y el medio filtrante.

Magíster en Ecotecnología

Maestría