Fitorremediación de un arroyo eutrofizado mediante el cultivo de dos especies autóctonas : Senecio bonariensis (Compositae) y Cladophora surera (Chlorophyta)

Abstract

El embalse Paso de las Piedras, fuente de agua potable de la ciudad de Bahía Blanca y alrededores, se encuentra eutrofizado. El arroyo El Divisorio, afluente directo, aporta altas concentraciones de nutrientes a dicho embalse. Por otro lado, tanto las aguas subterráneas como el arroyo El Divisorio, aportan concentraciones de arsénico que superan los límites permitidos por el Código Alimentario Argentino y la Organización Mundial de la Salud (10 μg/L). Desde hace décadas, el uso de humedales artificiales para la remediación de aguas residuales y eutrofizadas es una técnica aprobada y utilizada con éxito, ya que es una alternativa ecológica, económica y de fácil manejo. El método se basa, al igual que en los humedales naturales, en la combinación de procesos físicos, químicos y biológicos en un medio diseñado, construido y manejado por el hombre. Las plantas de los humedales juegan un rol importante en el proceso de depuración del agua ya que las mismas puede tener papeles activos derivados de la actividad fisiológica y papeles pasivos, en los que intervienen procesos físicos por efecto de la presencia de las plantas en el sistema. Muchas especies de macrófitas son utilizadas como biofiltros en humedales artificiales. La selección de las especies vegetales debe realizarse de acuerdo a la adaptabilidad de las mismas al clima local y a condiciones climáticas diversas, capacidad de transporte de oxígeno de la superficie a la rizósfera, de su tolerancia a altas concentraciones de contaminantes así como de su capacidad para asimilarlos, de su alta presencia en la zona donde se va a instalar el sistema, de la facilidad para recolectarlas y posterior transporte y su fácil autogeneración. En la cuenca del Sauce Grande se encuentra presente la macrófita Senecio bonariensis (Compositae) y la macroalga Cladophora surera (Chlorophyta). Se construyeron dos humedales funcionando en paralelo en la ribera del arroyo El Divisorio cerca de la desembocadura al embalse Paso de las Piedras y se realizaron bioensayos de laboratorio con ambas especies, utilizando el agua del arroyo y también empleando medios de cultivo variando la concentración de nutrientes y de arsénico. Los objetivos del estudio fueron:1) Determinar la eficiencia de S. bonariensis, para la remoción de nutrientes y de arsénico del agua del arroyo El Divisorio. 2) Analizar la capacidad de bioacumulación de fósforo y nitrógeno de S. bonariensis estableciendo una relación con la producción de biomasa para optimizar el funcionamiento del humedal artificial. 3) Establecer la capacidad de retención de arsénico en los tejidos de S. bonariensis mediante ensayos de laboratorio. 4) Evaluar el rol complementario, en la biorremediación del agua del arroyo, de las macroalgas desarrolladas naturalmente en el humedal artificial, cuantificando la concentración celular de nitrógeno, fósforo y arsénico a través de bioensayos en laboratorio. S. bonariensis mostró una gran capacidad de adaptación a las condiciones artificiales del humedal construido dado que se obtuvieron plantas vigorosas con gran desarrollo de raíces y una biomasa de 2194,3 ± 473,2 g PS/m2. Además, el 82% de las plantas florecieron. Durante el periodo experimental de 7 meses con un humedal de 96 m2 y una densidad de 7 plantas por m2, se pudo remover 70% de nitratos y 50% de fósforo reactivo soluble. S. bonariensis mostró gran capacidad de retención de P y N en sus órganos como así también adaptación a concentraciones de nutrientes elevadas (100 mg/L de nitrógeno total y 60 mg/L de fósforo total). Por otro lado, S. bonariensis resultó ser un potencial agente de biorremediación de aguas arseniosas ya que soporta concentraciones de arsénico de hasta 5000 μg/L no mostrando toxicidad al mismo. Con respecto a C. surera se pudo observar en ensayos de laboratorio una eficiencia de remoción de nitratos del 94% y de fósforo reactivo soluble del 23%. Así mismo, esta especie también demostró tener capacidad de remoción de arsénico desde el agua del arroyo El Divisorio, reduciendo la concentración de arsénico de la columna de agua un 60% en solo 12 días. Por los resultados obtenidos se concluye que S. bonariensis resultó ser una especie apta para ser cultivada en humedales con el fin de ser utilizada como biofiltro para la remoción de nitrógeno y fósforo disueltos en la columna de agua del arroyo El Divisorio. Los cultivos hidropónicos bajo condiciones de laboratorio han indicado que S. bonariensis es una especie que soporta condiciones de hipereutrofia y que demás tolera grandes concentraciones de arsénico. El diseño de un sistema a mayor escala (una hectárea aproximadamente) sería una buena alternativa para mitigar la eutrofización del arroyo El Divisorio como así también para disminuir las concentraciones de arsénico que aporta al embalse Pasos de las Piedras. Además, S. bonariensis podría ser empleado como biofiltros de agua arseniosa de cualquier origen. En un futuro, investigaciones sobre la mecánica de extracción de As por parte de la macroalga C. surera aportarán datos de relevancia para optimizar la utilización de este agente en la remoción de As de una columna de agua de cualquier origen. La utilización de humedales artificiales para el saneamiento de cuerpos o cursos de agua es un método ecológico de bajo costo de mantenimiento y fácil manejo operativo, y además, recrea atractivos espacios verdes embelleciendo el área donde se instalen.

Paso de las Piedras reservoir, provides water drink to Bahia Blanca city and others cities, it is eutrophic. El Divisorio stream, direct tributary, supply high nutrients concentration in reservoir. Moreover, El Divisorio stream and groundwater provides arsenic concentration what excess allowable limits by Código Alimentario Argentino and World Health Organization. A long time, constructed wetlands are a appropriate technique for remediation wastewater and eutrophic water, since this represent alternative ecological low cost and easy operating management. This technique, as in natural wetlands, is based in the physics, chemistry and biology process combination, in constructed wetlands by man. The vegetation play role very important in the depuration process, since them can have active roles derivate of physiology activity and them can have passive roles, in which join in physics process for effects of plants present in the system. Many macrophytas species are enjoy as biofilters. The selection of species vegetation must realized allow for: adaptability thereof to local weather conditions and various weather conditions; oxygen carrying capacity of the surface to the rhizosphere; the same tolerance to high concentrations of pollutants and their ability to assimilate; its high presence in the area where you are installing the system; the facility to collect them and subsequent transport and easy self-generation. In the basin Sauce Grande river inhabit autochthonous species, macrophyte Senecio bonariensis and filamentous macroalgae Cladophora surera, which were used as biofilters. Were constructed wetlands operating in parallel, on El Divisorio stream riverside near of the river mouth in Paso de las Piedras reservoir. Further, bioassays were performed, with both species. Culture mediums were stream water and artificial water, to which it varied the concentration of nutrients and arsenic. The objectives of study were: 1) To determine the efficiency of S. bonariensis, for nutrient an arsenic removal from water El Divisorio stream. 2) Analyze the potential for bioaccumulation of phosphorus and nitrogen in S. bonariensis establishing a relationship with the production of biomass to optimize the functioning of the wetland. 3) Set arsenic retention capacity in tissues of S. bonariensis by laboratory tests. 4) Assess the complementary role, in bioremediation, from macroalgae grow naturally in constructed wetland, quantifying the cellular concentration of nitrogen, phosphorus and arsenic through laboratory bioassays. S. bonariensis showed great adaptability to the artificial conditions of the constructed wetland were obtained as vigorous plants with well developed roots and biomass 2194.3 ± 473.2 g DW/m2. Furthermore, 82% of the plants flowered. During the experimental period of 7 months with a wetland of 96 m2 and a density of 7 plants per m2, it was 70% of nitrate and 50% soluble reactive phosphorus removal. S. bonariensis showed great retention capacity of P and N in their bodies as well as adaptation to high nutrient concentrations (100 mg / L of total nitrogen and 60 mg / L total phosphorus). Furthermore, S. bonariensis proved to be a potential agent arsenius water bioremediation because it supports arsenic concentrations up to 5000 mg / L did not show toxicity to the same. With respect to C. surera was observed in laboratory tests a removal efficiency of 94% nitrate and soluble reactive phosphorus 23%. Also, this species also demonstrated capacity to remove arsenic from the water of El Divisorio stream, reducing the concentration of arsenic in the water column by 60% in just 12 days. The design of a larger scale (approximately one hectare) would be a good alternative to mitigate eutrophication of El Divisorio stream well as to reduce the concentrations of arsenic that gives Paso de las Piedras reservoir. Furthermore, S. bonariensis could be used as biofilters arsenius water from any source. In the future, research on the mechanical extraction of As by the macroalga C. surera provide relevant data to optimize the use of this agent in removing As a column of water from any source. This ecological method is also inexpensive and easy handling operational management, as well as attractive green spaces recreates beautifying the area where it is installed.