The Biologist
(Lima)
ORIGINAL ARTICLE / ARTÍCULO ORIGINAL
EFFECT OF TURBIDITY IN LEAD RETENTION WITH THE KONDENSKOMPRESOR IRRIGATION
SYSTEM
EFECTO DE LA TURBIDEZ EN LA RETENCIÓN DE PLOMO CON EL SISTEMA DE RIEGO
KONDENSKOMPRESOR
1Universidad Cientíca del Sur. Facultad de Ciencias Ambientales. Carrera de Ingeniería Ambiental. Panamericana sur Km
19. Lima 42.
Corresponding author: E-mail: fonia14@gmail.com
1 1
Yazmín León-Casós & Armando Vélez-Azañero
ABSTRACT
Keywords: Kondenskompresor – Lead – Turbidity – Solar distillation
The objective of the research was to determine the effect of turbidity on the retention of lead with the
irrigation system Kondenskompresor, in order to increase food safety and improve water quality with little
to zero cost for the micro-farmer. To achieve this water quality measurements of water run through 30
kondenskompressor systems with different values of turbidity at uncontrolled humidity and temperature
were made across eight days. Turbidity, electrical conductivity, distilled volume and concentration of
retained lead were measured. The results obtained show that the turbidity was not significantly related to
the distilled volume or to the pH; however, it presented a very high correlation with electrical conductivity
and the lead retained in the samples. The Kondenskompresor system had an efficiency for lead retention
of 87%.
The Biologist (Lima)
ISSN Versión Impresa 1816-0719
ISSN Versión en linea 1994-9073 ISSN Versión CD ROM 1994-9081
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RESUMEN
Palabras clave: Destilación solar – Kondenskompresor – Plomo – Turbidez
El objetivo de la investigación fue determinar el efecto de la turbidez en la retención de plomo con el
sistema de riego Kondenskompresor, con el fin de aumentar la salubridad alimentaria y la conservación de
la calidad del agua con costos accesibles o nulos para el micro-agricultor, mediante 30 sistemas
kondenskompresor con diferentes valores de turbidez a humedad y temperatura no controladas, durante
ocho días. Se midieron los parámetros de turbidez, conductividad eléctrica, volumen destilado y
concentración de plomo retenido. Los resultados obtenidos demuestran que la turbidez no se relacionó
significativamente con el volumen destilado ni con el pH; sin embargo, presentó una correlación directa
muy elevada con la conductividad eléctrica y el plomo retenido en las muestras; registrando una eficiencia
en la retención de plomo del 87%.
The Biologist (Lima), 201 , 1 ( ), - : 9 7 1 ene jun 9-18
The Biologist (Lima). Vol. 17, Nº1, ene - jun 2019
INTRODUCCIÓN
10
que los destiladores solares habituales no poseen:
la infiltración; Asimismo los resultados
experimentales realizados por el propio
Leimbacher demostraron reducir la dotación de
riego hasta diez veces con respecto a los sistemas
tradicionales de irrigación en huertos, siendo un
sistema útil no solo en la micro agricultura sino
también en la reforestación, ya que tiene como
ventaja, generar un circuito cerrado de evaporación
y condensación en el que el agua no se pierde,
puesto que no sale del propio destilador solar
(Figura 1).
El sistema permite ahorrar enormes cantidades de
agua para el riego como cultivar plantas que
necesitan para su crecimiento la mejor calidad de
agua, es así que el agua que produce el KDK no
tiene sal, tampoco nitratos, ni otros contaminantes,
por lo que se puede usar para desalinizar el agua
marina (Ecoinventos, 2017). El riego KDK ha
demostrado ser un tipo de riego viable y efectivo en
lo que respecta al control y a la demanda del agua,
otorgando en los cultivos una productividad
promedio del 60%, ofreciéndose así como una
alternativa para el ahorro de agua, siendo eficiente
para enfrentar, adaptarse y mitigar los efectos del
cambio climático (Galindo-Montero et al., 2017).
La turbidez es un parámetro que ha demostrado
dificultades para la evaporación en los destiladores
solares (Flores, 2015), así como en la incidencia de
la radiación sobre la superficie del agua a destilar
(Gonzales, 2011); asimismo, el plomo presenta
efectos nocivos para el sistema nervioso humano,
la producción de células sanguíneas, los riñones, el
sistema reproductivo y la conducta (García et al.,
2007). La presencia de plomo en el ecosistema
también afecta las relaciones planta-agua; el
incremento de la permeabilidad de las raíces; la
inhibición de la fotosíntesis y respiración; y la
modificación de las actividades de algunas
enzimas metabólicas (Peris-Mendoza, 2005).
El objetivo de la presente investigación fue
determinar el efecto de la turbidez en la retención
de plomo con el sistema de riego KDK, con el fin de
aumentar la salubridad alimentaria y la
conservación de la calidad del agua con costos
accesibles o nulos para el micro-agricultor.
La agricultura consume el 70% del recurso hídrico
a nivel mundial (FAO, 1993), y junto con la
ganadería en el Perú, representan el 89% del
consumo del agua disponible (FAO, 2015); sin
embargo, los controles en la calidad de agua para
estas actividades no han sido eficientes, y han
generado un sistema paulatino de contaminación,
donde las aguas subterráneas y superficiales son
afectadas (Méndez et al., 2009). Los diversos
agentes contaminantes como efluentes y residuos
sólidos están asociados en la mayoría de los casos a
la dispersión de metales pesados, los que se
disponen en las aguas de riego y son acumulados en
los cultivos vegetales (Juárez, 2012).
En el Perú, las aguas del río Rímac (en especial la
cuenca alta) en el Perú, se encuentran
contaminadas con trazas de metales pesados
provenientes de actividades mineras e industriales
(Juárez, 2012); donde el plomo, principal agente
contaminante, ha excedido el límite máximo
permisible de la normativa peruana DS N° 004-
2017-MINAM (Estándares de calidad ambiental
para agua categoría III), y ha mostrado un patrón de
incremento desde 1997 hasta el 2002 (Juárez,
2012); asimismo, el Servicio de Agua Potable y
Alcantarillado de Lima Metropolitana
(SEDAPAL) registró que en el mes de enero de
2017, la concentración máxima de plomo (Pb) en el
-1
río Rímac que alcanzó 1,949 mg·L , cifra mayor en
6187,1% a lo registrado en enero de 2016 (0,031
-1
mg·L ) (INEI, 2017). Por tanto, el río Rímac, se ha
convertido en uno de los principales cursos de agua
del Perú, donde se descargan aguas residuales sin
tratamiento previo (INEI, 2015). Además, la escasa
información sobre los efectos de los metales
pesados en la agricultura y en el ecosistema
(Bedregal et al., 2003), viene generando una
preocupación constante, promoviendo el uso de
nuevas alternativas de riego poco convencionales
como el sistema Kondenskompresor (KDK),
sistema de riego por goteo que permite el uso de
aguas contaminadas, reteniendo el contaminante, y
evitando su disponibilidad en el suelo.
Según Martinez & del Río (2013) el sistema KDK
es un sistema basado en la destilación solar, creado
por Arti Leimbacher en el año 2008, que incorpora
un ciclo hidrológico con un componente adicional
León-Casós & Vélez-Azañero
11
MATERIALES Y MÉTODOS
Effect of turbidity in lead retention
cualquier tipo de contaminación; considerando la
instalación a 5cm de profundidad y 30cm de
separación entre cada sistema (Martínez & del Rio,
2013).
Se establecieron cinco tratamientos y un control
(C, T , T , T , T y T ), considerando cinco
1 2 3 4 5
repeticiones en cada tratamiento, en un arreglo de
6x5 completamente aleatorizado (Figura 1). Para
todos los tratamientos y el control se consideró una
-1
concentración de plomo de 0,02 mg·L , tomando
como referencia la estación E-15 SEDAPAL
Puente Morón, Lurigancho, Chosica, río Rímac
(11°58´39.39''S y 76°47´05.22''O); la
concentración de plomo fue obtenida a partir de la
sal acetato de plomo. Los niveles de turbidez
fueron determinados siguiendo el promedio del
año 2015 de la misma estación, considerando este
dato para el tratamiento central (14 NTU), y
generando una progresión con un factor de 0,5 para
los otros valores (T : 3,5 NTU; T : 7 NTU; T : 14
1 2 3
NTU; T : 21 NTU; T : 31,5 NTU); la turbidez fue
4 5
generada al añadir suelo de chacra, en un volumen
Área de estudio
La investigación se realizó en el campus Villa 3 de
la Universidad Científica del Sur, ubicada en el Km
19 de la Av. Panamericana Sur, Villa El Salvador,
Lima, Perú (12°13´23.46''S y 76°58´41.87''O); en
el mes de septiembre de 2016 a temperatura y
humedad relativa no controladas, las que
fluctuaron entre los 15,4°C – 19,8°C y 67,38%
–74,73%, respectivamente. Los datos fueron
obtenidos de la estación meteorológica de la
Universidad Científica del Sur Lima, Perú.
Diseño y análisis
El sistema KDK, consistió en dos botellas de
plástico PET de primer uso (de 5L y 2L) cortadas
por la mitad, empleando la parte inferior de las
botellas 2L, y la parte superior de las botellas 5L,
siguiendo la metodología de Amaguaña & Llamba
(2013). Se instalaron un total de 30 sistemas en un
2
área de 9m protegida con malla para evitar
Figura 1. Instalación de 30 sistemas Kondenskompresor (KDK), en las inmediaciones de la Universidad Científica del Sur, para
evaluar el efecto de la turbidez en la retención del plomo en agua.
The Biologist (Lima). Vol. 17, Nº1, ene - jun 2019
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RESULTADOS
León-Casós & Vélez-Azañero
estadística (Tabla 1, Figura 2).
Los valores promedio de CE, mostraron cuatro
agrupaciones evidentes: la menor en el control con
-1
12,28mS·cm ; la segunda agrupación en T y T ,
1 2
- 1 - 1
con 2 3 , 9 9 m S · c m y 24,54 mS·cm
respectivamente; la tercera agrupación en T y T ,
3 4
- 1 - 1
con 5 0 , 3 6 m S · c m y 49,70 mS·cm
respectivamente; y la mayor en T con un promedio
5
-1
de 80,48 mS·cm (Figura 2). Esta agrupación se
confirma con la prueba de Tukey, que asignó
diferencia significativa a estas cuatro
conformaciones (Figura 2, Tabla 1); lo que deja
clara la relación directa entre la turbidez y la CE en
cada sistema estudiado (r: 0,98; p<0,05).
Los promedios de la turbidez expresada en NTU,
mostraron cinco agrupaciones: la menor en el
control con un valor de 1,43NTU; la segunda en T ,
1
con 4,45NTU; la tercera en T , con 8,17NTU; la
2
cuarta en T y T , con 20,89NTU y 22,69NTU
3 4
respectivamente; y finalmente la mayor en T con
5
34,14NTU. La agrupación se confirma con la
prueba de Tukey, que asignó diferencia
significativa a las cinco conformaciones (Figura 2,
Tabla 1).
-1
La concentración de plomo expresada en mg·L ,
evaluada al final de la experiencia, ofrece tres
agrupaciones con valores intermedios según la
prueba de Tukey: el control, T , T y T , no
1 2 3
presentaron diferencia significativa; sin embargo,
la segunda agrupación considera también a T y T ,
2 3
junto a T ; finalmente el mayor valor promedio con
4
diferencia significativa se encontró en el último
- 1
tratamiento con 0,035mg·L (Tabla 1);
evidenciando una relación directa entre la
concentración de plomo retenido en cada sistema y
la turbidez (r: 0,95; p<0,05). Considerando un
cambio del volumen de 15 L con 0,3 mg de Pb a
11,9 L con 0,26 mg de Pb, la eficiencia de retención
del plomo en el sistema fue de 87%.
El volumen de agua destilada evaluado en cada
sistema, presentó un valor promedio mínimo de 70
mL en T1, y un valor promedio máximo de 100mL
en T , sin embargo, no presentó diferencia
2
significativa en ningún tratamiento (p = 0,66, Tabla
1); lo que indica que la turbidez no se relacionó al
volumen de agua destilado luego de ocho días de
experiencia; el porcentaje de destilación promedio
en la experiencia fue 17,33%.
final de 500 mL, que representó el 80% de la
capacidad del sistema.
El experimento duró un total de ocho días, donde se
registró diariamente el pH a través del método
potenciométrico referido en la norma técnica
peruana NTP 339.176 2002, conductividad
eléctrica (CE) a través del método electrométrico
(ANA, 2016), y la turbidez a través del método de
la turbidimetría (ISO, 1990) de cada muestra. El
último día de evaluación se consideró el volumen
de agua en cada sistema. Los datos de temperatura
ambiental, y humedad relativa fueron obtenidos
mediante un hidrómetro Coolbox – TH-439.
Finalmente las muestras fueron colocadas en
botellas de 600 mL, para su traslado al laboratorio
certificado Cerper (Certificaciones del Perú), para
conocer la concentración de plomo mediante
espectrofotometría de absorción atómica. Se
realizó un análisis de varianza de una sola vía
(ANOVA), para identificar las diferencias
estadísticas entre los tratamientos y el control; y se
realizó la prueba de comparaciones múltiples por el
test de Tukey, para determinar específicamente el
nivel de significancia entre los tratamientos. Los
análisis estadísticos se realizaron a través del
software estadístico MINITAB versión 16, con un
nivel de confianza de 95%.
Durante la experimentación no se trató con
animales o seres humanos por lo que no hubo
conflicto de intereses éticos.
El comportamiento promedio del pH a lo largo de
la investigación mostró valores muy similares, con
un promedio mínimo de 5,92 en T , y un promedio
2
máximo de 6,67 en el control (Tabla 1); sin
embargo, la prueba de comparaciones múltiples de
Tukey, indica que el control presentó diferencias
significativas con el resto de tratamientos (Tabla 1,
Figura 2); la variable turbidez se relacionó de
forma inversa con el pH (r: -0,28) aunque esta
relación no fue significativa (p: 0,25); los cambios
de pH no se relacionaron con las diferentes
concentraciones de turbidez en el ensayo, ya que
todos los tratamientos (T ; T ; T ; T y T ) fueron
1 2 2 4 5
significativamente iguales según la prueba
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Effect of turbidity in lead retention
Tabla 1. Comparaciones múltiples de las medias de las variables Conductividad eléctrica, pH y turbidez en cada
tratamiento con la prueba de Tukey entre los tratamientos del Sistema Kondenskompresor (KDK) a los ocho días de
medición, donde letras diferentes en sentido horizontal indican diferencia significativa con un alfa de 0,05. Pr (>F)
indica el p-value del análisis de varianza (ANOVA).
Variables
Tratamientos Pr(>F)
C
T1
T2 T3 T4 T5
Conductividad eléctrica
13,28d
23,99c
24,54c 50,36b 49,7b
80,48a
0,000 **
pH 6,67a
5,96b
5,92b 5,94b 6,03b
6,16b
0,000 **
Turbidez (NTU)
1,43e
4,45d
8,17c 20,89b 22,69b
34,14a
0,000 **
Plomo (mg.L-1)
0,013c
0,014c
0,021bc 0,022bc
0,029ab
0,035a
0,000
Volumen destilado (mL)
80a
70a
100a
92a
86,02a
91a
0,66
Figura 2. Comparaciones Múltiples con la prueba de Tukey donde letras diferentes indican diferencia significativa con un alfa de
0,05. A: CE; B: pH; C: Turbidez (NTU); D: Concentración de plomo.
t5 t3 t4 t2 t1 C
A
mS/cm
0 20 40 60 80
a
bb
cc
d
C t5 t4 t1 t3 t2
B
pH
0 2 4 6 8
a
bbb b b
t5 t4 t3 t2 t1 C
C
NTU
0 10 20 30 40
a
bb
c
d
e
t5 t4 t3 t2 t1 C
D
ppm
0.00 0.01 0.02 0.03 0.04
a
ab
bc bc
cc
The Biologist (Lima). Vol. 17, Nº1, ene - jun 2019
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en el fondo de los envases y otorgó un color oscuro
al fondo de las muestras, ejerciendo un efecto de
absorbancia de la radiación y poca reflectancia
como sucedió en diversos destiladores solares con
fondo negro (Esteban et al., 2000; Armendáriz,
2005; Nandwani, 2005). Las partículas coloidales
flotantes son prácticamente responsables de toda la
dispersión de la luz y absorción de la luz en
estanques de agua natural (Kirk, 1985); sin
embargo, para el caso del sistema KDK, la turbidez
no pareció afectar la destilación, lo cual concuerda
con los estudios de Ochoa (2009) donde a partir de
aguas residuales con el sistema KDK, los cultivos
tuvieron una mayor productividad que con el riego
tradicional, por lo que el volumen destilado
tampoco se vio afectado por las propiedades
fisicoquímicas de las aguas residuales.
La alta relación directa entre la turbidez y la
concentración de plomo retenido, se explica por la
capacidad de las fuentes de carbono, o materia
orgánica en descomposición (tierra de chacra en
nuestro caso) para adsorber fácilmente los cationes
de plomo (Abdel-Ghany et al., 2007; Benhima et
al., 2008) y otros metales importantes como el Zn y
el Cu (Kazemipour et al., 2008); además, los
minerales absorbentes como la zeolita y zeolita
acondicionada con FeCl provenientes de rocas
3
volcánicas que se obtienen naturalmente en la
tierra, contribuyen también en la adsorción y
retención del plomo (Cruz-Arteaga, 2013). En ese
sentido, la turbidez para el presente estudio fue
otorgada por la tierra de chacra, la cual contenía
compuestos orgánicos que pudieron tener un efecto
positivo en la adsorción y retención del plomo; sin
embargo no se estudió la composición de la tierra
de chacra o los compuestos que pudieron ocasionar
dicho efecto, por lo que esto fue una limitante.
La eficiencia de retención de plomo promedio de
los sistemas evaluados (87%) no alcanzó mayores
valores, probablemente por la sedimentación del
metal, y la pérdida del mismo al verter el contenido
para la medición del volumen final. Diversas
investigaciones recomiendan acidificar la solución
con ácido nítrico (Iglesias et al., 2006) previa a la
medición del volumen, hasta obtener un pH menor
a 2, y de esta manera evitar la precipitación del
plomo (Taylor & Demayo, 1989; Van den Beerg et
al., 1998; IDEAM, 2004; DIGESA, 2007); las
muestras en nuestra investigación no fueron
acidificadas, lo que pudo afectar los resultados
La baja correlación negativa entre el pH y la
turbidez en nuestra investigación no fue
significativa, resultados que se confirman con los
registros de Betanzos-Vega (2013), Mandal (2014)
y Feria-Díaz et al. (2016) quienes indican que
existe una correlación negativa no significativa
entre el pH y la turbidez. La relación negativa entre
el pH y la turbidez también fue mencionada por
Fonturbel (2005); y se puede explicar debido a que
los procesos de descomposición de materia
orgánica en los tratamientos con suelo tienden a
liberar ácidos que reducen gradualmente los
niveles de pH (Bridgewater, 2007).
La turbidez y la CE presentaron una correlación
positiva muy alta, debido a que la CE ofrece una
medida de los sólidos o sales disueltas en el sistema
(Rocha, 2010), mientras la turbidez por su parte
representa el contenido de materias coloidales,
minerales u orgánicas (Marcó, 2004), los que
aumentaron en función a la disminución del
volumen en cada sistema, y se confirman con altos
valores de correlación entre 37% (Bradner, 2013)
y 78% (Shroff et al., 2015) en otras
investigaciones. Aunque los valores de
conductividad encontrados podrían relacionarse
también, a la presencia de materia orgánica en
descomposición flotante, principalmente insectos
y otros artrópodos encontrados al finalizar la
experiencia (Urrutia, 2015).
En contraposición a nuestros resultados, Flores
(2015) afirma que las sustancias contenidas en el
sistema de destilación solar (turbidez) disminuyen
la evaporación, lo que no sucedió en nuestro caso,
donde las diferentes concentraciones de turbidez
no afectaron significativamente el volumen
evap o rado de s pués de o c h o días d e
experimentación. Wang & Seyed-Yagoobi (1994)
encontraron que la turbidez, juega un papel crítico
en la magnitud de la penetración de la radiación
solar, y que el efecto de la turbidez en la
penetración aumenta con la profundidad del agua;
además, la claridad del agua desarrolla un papel
significativo en el rendimiento térmico de un
estanque solar (Wang & Seyed-Yagoobi, 1995), lo
que no se evidenció en nuestros resultados
probablemente porque la tierra de chacra que se
empleó para dar turbidez a las muestras precipitó
León-Casós & Vélez-Azañero
DISCUSIÓN
The Biologist (Lima). Vol. 17, Nº1, ene - jun 2019
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Effect of turbidity in lead retention
reportados. La evaporación del metal, no afectó los
resultados, ya que el plomo requiere temperaturas
mayores a los 300ºC para cambiar de estado
(Feuerstein et al., 1991), y la experimentación fue
desarrollada a temperatura ambiental. El análisis
de plomo retenido se realizó a partir de la muestra
contenida dentro del sistema, sin embargo el
análisis de la concentración de plomo en el agua
destilada proveería datos más exactos sobre la
retención del metal.
Los sistemas de destilación solar como el KDK han
demostrado la producción de agua de excelente
calidad con eficiencia en la remoción de sales de
hasta un 99% (Barroso & Gil, s.f.; Yabroudi et al.,
2011; Ecoinventos, 2017) y apta para el consumo
humano, según normas mexicanas (De la Cruz,
2015); el sistema KDK es un método de potencial
importancia para la micro-agricultura, presentando
también eficiencia para remover microorganismos
patógenos (Ochoa, 2009). Los resultados de la
presente investigación añaden una ventaja
adicional al sistema Kondenskompresor al
evidenciar que la turbidez no fue un impedimento
para la retención del plomo dentro del sistema, sino
que por el contrario, tuvo un efecto positivo en su
retención, encontrándose un 87% de plomo
retenido.
Agradecemos especialmente a Carlos Acosta por
su apoyo con el análisis estadístico de los datos y a
Sabrina Ruiz Gonzales por su apoyo en la fase de
campo.
AGRADECIMIENTOS
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Received August 3, 2018.
Accepted September 5, 2018.
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