Biodisponibilidad y toxicidad de metales pesados en aguas naturales con características físico-químicas extremas. Bases para su monitoreo y remediación

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En esta tesis doctoral se presentan los resultados obtenidos en el marco de la aplicación de dos herramientas importantes para ser tenidas en cuenta en el manejo, restauración y monitoreo de ecosistemas acuáticos contaminados por metales pesados: el Modelo del Ligando Biótico y la Fitorremediación,...

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Detalles Bibliográficos
Autor principal: Casares, María Victoria
Formato: Tesis Doctoral
Lenguaje:Español
Publicado: 2012
Materias:
HIDROQUIMICA
RIO PILCOMAYO
ARROYO MORALES
METALES
TOXICIDAD
CNESTERODON DECEMMACULATUS
MODELO DEL LIGANDO BIOTICO
SALVINIA MINIMA
FITORREMEDIACION
HYDROCHEMISTRY
PILCOMAYO RIVER
MORALES STREAM
HEAVY METALS
TOXICITY
BIOTIC LIGAND MODEL
PHYTOREMEDIATION
Acceso en línea:https://hdl.handle.net/20.500.12110/tesis_n5334_Casares
Aporte de:
Biblioteca Digital - Facultad de Ciencias Exactas y Naturales (UBA) de Universidad de Buenos Aires
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Biodisponibilidad y toxicidad de metales pesados en aguas naturales con características físico-químicas extremas. Bases para su monitoreo y remediación
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description En esta tesis doctoral se presentan los resultados obtenidos en el marco de la aplicación de dos herramientas importantes para ser tenidas en cuenta en el manejo, restauración y monitoreo de ecosistemas acuáticos contaminados por metales pesados: el Modelo del Ligando Biótico y la Fitorremediación, evaluadas en dos aguas naturales de nuestro país con características físico-químicas extremas, como lo constituyen las aguas del Río Pilcomayo, caracterizadas por los elevados valores de sus iones principales como por la gran carga de sólidos que transporta y las aguas del Arroyo Morales, afluente del Río Matanza-Riachuelo, caracterizadas por el elevado pH y elevada concentración de sodio y alcalinidad. El Río Pilcomayo presenta también una gran variación inter-estacional en su caudal que, de acuerdo al análisis realizado, afecta directamente la hidroquímica del río ya que los iones mayoritarios muestran una variación inter-estacional con valores superiores en la estación seca. Los sólidos totales en suspensión son mayores en la estación húmeda y constituyen los principales transportadores de los metales pesados que este río recibe provenientes de la actividad minera en su alta cuenca. El mecanismo determinante del contenido iónico en el agua del Río Pilcomayo en la cuenca baja es la evaporación-cristalización en ambas estaciones. Dado el efecto directo de la hidroquímica sobre la biodisponibilidad y toxicidad de los metales en los organismos acuáticos, se estudió la toxicidad aguda del cobre, cinc, cadmio y plata en la especie nativa Cnesterodon decemmaculatus, en agua del Río Pilcomayo y en agua del Arroyo Morales, que mostró el siguiente patrón: plata>cobre>cadmio>>cinc y en agua del Arroyo Morales; cobre>>cinc. La variable físico-química con mayor influencia sobre la toxicidad de los metales fue la dureza. Se aplicó el Modelo del Ligando Biótico a cada calidad de agua y cada metal para evaluar la validez de una extrapolación inter-específica de la predicción de toxicidad aguda del modelo para la especie P. promelas. La extrapolación mostró ser válida sólo para el cobre en agua del Río Pilcomayo, para el resto, el modelo tendió a sobrestimar la toxicidad. Esto podría deberse a las limitaciones del modelo en cuanto al rango de valores de los parámetros físico-químicos con los que ha sido calibrado, a que los individuos empleados en los ensayos constituían estadíos menos sensibles y/ó a la menor sensibilidad de C. decemmaculatus respecto a P. promelas a la presencia de los metales estudiados. La especie acuática flotante nativa Salvinia minima presentó una gran capacidad para remover nutrientes, cobre y cinc, tanto en medio de cultivo como en un agua natural como el agua del Río Pilcomayo, incrementándose el contenido del metal en la biomasa a mayor concentración del mismo en solución. La remoción de cobre fue fundamentalmente por biosorción. Esto permitiría una recuperación relativamente sencilla del metal removido. Asimismo, esta especie presentó una baja traslocación del metal a la biomasa aérea, evidenciando un efecto protector de la maquinaria fotosintética. Estas características hacen de esta especie una buena elección para el tratamiento de aguas y efluentes con elevados niveles de los nutrintes y metales estudiados. El trabajo realizado en esta tesis contribuye con la evaluación de herramientas que puedan ser aplicadas, en un futuro, en la generación de una normativa y en el manejo y monitoreo ambiental de las aguas basados en las características propias de nuestras especies y nuestros cuerpos de agua.
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Basis for monitoring and remediation Casares, María Victoria HIDROQUIMICA RIO PILCOMAYO ARROYO MORALES METALES TOXICIDAD CNESTERODON DECEMMACULATUS MODELO DEL LIGANDO BIOTICO SALVINIA MINIMA FITORREMEDIACION HYDROCHEMISTRY PILCOMAYO RIVER MORALES STREAM HEAVY METALS TOXICITY CNESTERODON DECEMMACULATUS BIOTIC LIGAND MODEL SALVINIA MINIMA PHYTOREMEDIATION En esta tesis doctoral se presentan los resultados obtenidos en el marco de la aplicación de dos herramientas importantes para ser tenidas en cuenta en el manejo, restauración y monitoreo de ecosistemas acuáticos contaminados por metales pesados: el Modelo del Ligando Biótico y la Fitorremediación, evaluadas en dos aguas naturales de nuestro país con características físico-químicas extremas, como lo constituyen las aguas del Río Pilcomayo, caracterizadas por los elevados valores de sus iones principales como por la gran carga de sólidos que transporta y las aguas del Arroyo Morales, afluente del Río Matanza-Riachuelo, caracterizadas por el elevado pH y elevada concentración de sodio y alcalinidad. El Río Pilcomayo presenta también una gran variación inter-estacional en su caudal que, de acuerdo al análisis realizado, afecta directamente la hidroquímica del río ya que los iones mayoritarios muestran una variación inter-estacional con valores superiores en la estación seca. Los sólidos totales en suspensión son mayores en la estación húmeda y constituyen los principales transportadores de los metales pesados que este río recibe provenientes de la actividad minera en su alta cuenca. El mecanismo determinante del contenido iónico en el agua del Río Pilcomayo en la cuenca baja es la evaporación-cristalización en ambas estaciones. Dado el efecto directo de la hidroquímica sobre la biodisponibilidad y toxicidad de los metales en los organismos acuáticos, se estudió la toxicidad aguda del cobre, cinc, cadmio y plata en la especie nativa Cnesterodon decemmaculatus, en agua del Río Pilcomayo y en agua del Arroyo Morales, que mostró el siguiente patrón: plata>cobre>cadmio>>cinc y en agua del Arroyo Morales; cobre>>cinc. La variable físico-química con mayor influencia sobre la toxicidad de los metales fue la dureza. Se aplicó el Modelo del Ligando Biótico a cada calidad de agua y cada metal para evaluar la validez de una extrapolación inter-específica de la predicción de toxicidad aguda del modelo para la especie P. promelas. La extrapolación mostró ser válida sólo para el cobre en agua del Río Pilcomayo, para el resto, el modelo tendió a sobrestimar la toxicidad. Esto podría deberse a las limitaciones del modelo en cuanto al rango de valores de los parámetros físico-químicos con los que ha sido calibrado, a que los individuos empleados en los ensayos constituían estadíos menos sensibles y/ó a la menor sensibilidad de C. decemmaculatus respecto a P. promelas a la presencia de los metales estudiados. La especie acuática flotante nativa Salvinia minima presentó una gran capacidad para remover nutrientes, cobre y cinc, tanto en medio de cultivo como en un agua natural como el agua del Río Pilcomayo, incrementándose el contenido del metal en la biomasa a mayor concentración del mismo en solución. La remoción de cobre fue fundamentalmente por biosorción. Esto permitiría una recuperación relativamente sencilla del metal removido. Asimismo, esta especie presentó una baja traslocación del metal a la biomasa aérea, evidenciando un efecto protector de la maquinaria fotosintética. Estas características hacen de esta especie una buena elección para el tratamiento de aguas y efluentes con elevados niveles de los nutrintes y metales estudiados. El trabajo realizado en esta tesis contribuye con la evaluación de herramientas que puedan ser aplicadas, en un futuro, en la generación de una normativa y en el manejo y monitoreo ambiental de las aguas basados en las características propias de nuestras especies y nuestros cuerpos de agua. This PhD thesis presents the results obtained in the application framework of two important technics to be taken into account in the management, restoration and monitoring of aquatic ecosystems affected by heavy metals pollution. The Biotic Ligand Model and Phytoremediation, have been evaluated in two natural waters with extreme water quality characteristics, Pilcomayo river water, characterized by its high major ions concentration and high load of total suspended solids and Morales stream, an affluent of the Matanza-Riachuelo River, with high pH and elevated sodium and alkalinity concentration. Pilcomayo river water discharge also presents a marked inter-seasonal variation which, according to the analysis performed, shows a direct effect on the river water chemistry, given that major ions also showed an inter-seasonal variation with higher values during the dry season. Total suspended solids showed the highest values during the wet season. Likewise, solids transport heavy metals that the river receives from the mining activities which take place in the upper catchment. The main mechanism which determines Pilcomayo river water major ions composition in Misión La Paz is evaporation-crystallization during both seasons. Water chemistry has a direct effect on the bioavailability and toxicity of metals to aquatic organisms. Copper, zinc, cadmium and silver acute toxicity on the native species Cnesterodon decemmaculatus was studied in Pilcomayo River and Morales stream waters showing the following toxicity order: silver>copper>cadmium>>zinc and in Morales stream water: copper>>zinc. The water quality variable with highest influence on heavy metals toxicity was hardness. Biotic Ligand Model was run with Pilcomayo river and Morales stream water quality parameters and each metal in order to evaluate a possible inter-species extrapolation of the models acute toxicity prediction for the species Pimephales promelas. The extrapolation was valid only for copper in Pilcomayo river water. For the rest of the metals the model tended to overestimate heavy metals toxicity. This overestimation can be owed to the models limitation to the range of values of the water quality parameters with which the model has been calibrated, to the use of an elder life stage and/or to the fact that C. decemmaculatus is less sensitive to the metals to which it has been exposed. The aquatic free floating native species Salvinia minima showed a great ability to remove nutrients, copper and zinc in a nutritive solution as well as in Pilcomayo River water. Metal content in biomass increased with metal concentration in solution. Copper was removed mainly by biosorption this would allow the use of a more effective method to recover metals from the biomass. This species also showed a low traslocation rate which possibly indicates a protective mechanism of the photosyntetic systems. S. minima might be useful in phytoremediation of waters and wastewaters with high levels of nutrients and metals. The analysis performed in this thesis contributes to the evaluation of technics which can be applied to the development of regulations and environmental management and monitoring based on the properties of our species and water bodies. Fil: Casares, María Victoria. Universidad de Buenos Aires. Facultad de Ciencias Exactas y Naturales; Argentina. 2012 Tesis Doctoral PDF Español info:eu-repo/semantics/openAccess https://creativecommons.org/licenses/by-nc-sa/2.5/ar https://hdl.handle.net/20.500.12110/tesis_n5334_Casares

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