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Tratamiento de efluentes contaminados con clorotalonil en un biofiltro

empacado con sustrato degradado por Pleurotus pulmonarius

Lilliam L. Gordillo Dorry1, Rosa A. Córdova Juárez1, José E. Sánchez2, Ricardo Bello-Mendoza2,*

1Centro de Biociencias, Universidad Autónoma de Chiapas (México)

2Depto. de Biotecnología Ambiental, El Colegio de la Frontera Sur (México)

Introducción • El clorotalonil (2,4,5,6-tetracloroisoftalonitrilo) es un

compuesto aromático policlorado usado principalmente como fungicida no sistémico de amplio espectro

• En Chiapas, al sur de México, el CTN se emplea como fungicida protector en cultivos de papaya y banano

• El CTN es uno de los plaguicidas más empleados en Chiapas: 14.3% del total de i.a. aplicados, dosis de 8.9 kg de i.a./ha·año

• El CTN es moderadamente tóxico para mamíferos pero se considera como probable cancerígeno y es altamente tóxico para peces e invertebrados acuáticos

• Las aguas de lavado de equipo y materiales usados en la aplicación de los plaguicidas son una de las principales fuentes de contaminación

• México ocupa el primer lugar en producción de Pleurotus en Latinoamérica (4,380 toneladas anuales)

• Se genera una gran cantidad de sustrato degradado por el hongo, el cual es muchas veces considerado como un desecho

• Algunos usos del sustrato degradado son: compostas, material de relleno en suelos, alimentación animal, etc.

• Se ha demostrado que las enzimas ligninolíticas de Pleurotus spp. son capaces de degradar contaminantes aromáticos (Canales et al., 2007; Sánchez et al., 2007)

• ¿Puede la actividad enzimática residual en el SDP ser capaz de degradar al fungicida clorotalonil?

Introducción

Objetivos

• Evaluar la eficacia de un biofiltro empacado con sustrato degradado por Pleurotus pulmonarius en la remoción de clorotalonil en efluentes contaminados

• Identificar si la actividad enzimática presente en el SDP es responsable de la degradación del clorotalonil

Metodología • Material biológico: cepa P. pulmonarius ECS-0190 del

cepario micológico de ECOSUR

• Medio de cultivo: agar papa-dextrosa y levadura (LPDA) que contiene: agar (Bioxón) 16.0 g/l, dextrosa anhidra 10.0 g/l y extracto de levadura (BBL) 3.0 g/l en extracto de papa 200.0 g/l

• Propagación de la semilla: se usaron 100 g de sorgo con un 60% de humedad y esterilizado a 121°C por 30 min

• Sustrato de cultivo: se usaron 200 g de pasto Pangola (Digitaria decumbens) con un 60% de humedad y esterilizado a 121° por 30 min

• Sustrato degradado: se obtuvo después de tres cosechas, 35 d después de la siembra

Metodología

• Biofiltro: columna de vidrio de 16.5 cm de largo y 2 cm de diámetro

• Empaque: la columna se rellenó hasta el 80% (≈50 g) de su capacidad con sustrato degradado por Pleurotus al 60% de humedad y a pH de 7.4

• Operación: se recircularon 4 lotes consecutivos de una solución acuosa de CTN (50 ml, 6 mg/l)

• Extracción del CTN: extracción líquido-líquido con éter de petróleo/hexano; eficiencia de recuperación= 94.9%

• Análisis del CTN: GC-ECD (Clarus 500, Perkin Elmer); R2 calibración= 0.942, CV= 9.12%, LD= 0.1 µg/l

Metodología

• Tiempo de retención (TR): 15, 30 y 45 min; F= 200 ml/min, descendente

• Flujo de recirculación (F): 50, 100 y 200 ml/min; TR= 30 min

• Modo de alimentación: descendente y ascendente; TR= 30 min, F= 100 ml/min

• Testigo: columna con SDP esterilizado a 120oC por 20 min

• Análisis estadístico: diseños factoriales 4x3 y 4x2; Tukey (α=0.5); Minitab (© 2007 Minitab Inc.)

Metodología

Extracto enzimático

10 g de sustrato degradado en 20 ml de acetato de sodio (pH 7.4 y 27oC)

Se maceró, se filtró con papel Whatman número 54, se centrifugó a 5000 rpm x 5 min y se volvió a filtrar

Medición de la actividad enzimática

Syringaldazina (4-hidroxi-3,5-dimetoxibenzaldazina) Lacasa

ABTS [ácido 2,2'azinobis-(3-etilbenzotiazolin 6- sulfónico)] Peroxidasa

Rojo de fenol Mn peroxidasa

Veratryl alcohol Aril alcohol oxidasa

Catecol Fenol oxidasa

Metodología

3 ml extracto enzimático

3 ml de sol. clorotalonil (2 mg/l)

Muestra (0, 15, 30, 45 y 60 min); 90oC x 2 min

Extracción (éter de petróleo en hexano)

Cuantificación (cromatografía de gases)

Desarrollo de la reacción de degradación

Resultados

Figura 1. Efecto del tiempo de retención sobre la eficiencia de remoción de clorotalonil (CTN) en un biofiltro empacado con sustrato degradado por

Pleurotus pulmonarius (pH= 7.4, T= 27°C, [CTN]= 6 mg/L, flujo de recirculación= 200ml/min, n= 3)

0

20

40

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80

100

120

1 2 3 4

% d

e re

mo

ció

n

Lote

15 min

30 min

45 min

15

30

45

Resultados

Figura 2. Efecto del flujo de recirculación sobre la eficiencia de remoción de clorotalonil (CTN) en un biofiltro empacado con sustrato degradado por

Pleurotus pulmonarius (pH= 7.4, T= 27°C, [CTN]= 6 mg/L, tiempo de retención= 30 min, n= 3)

0

20

40

60

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100

120

1 2 3 4

% d

e re

mo

ció

n

Lote

50 ml/min

100 ml/min

200 ml/min

50

100

200

Resultados

Figura 3. Efecto del modo de alimentación en la eficiencia de remoción de clorotalonil (CTN) en un biofiltro empacado con sustrato degradado por

Pleurotus pulmonarius (pH= 7.4, T= 27°C, [CTN]= 6 mg/L, flujo de recirculación= 100 ml/min, tiempo de retención= 30 min, n= 3)

0

20

40

60

80

100

120

1 2 3 4

% d

e re

mo

ció

n

Lote

Ascendente

Descendente

Inactivo

Ascendente

Descendente

Inactivo

Resultados

Figura 4. Eficiencia de remoción al exponer una solución de clorotalonil (CTN) a la carga enzimática del sustrato degradado por Pleurotus

pulmonarius en un sistema de biofiltración por lotes alimentados (pH= 7.4, T= 27°C, [CTN]= 6 mg/L, flujo de recirculación= 100 ml/min, tiempo de

retención= 30 min, modo de alimentación descendente, n= 3)

R² = 0,8151

0

10

20

30

40

50

60

70

80

90

100

1 2 3 4 5 6 7 8

% d

e r

em

oci

ón

Lote

Resultados

Figura 5. Evolución de la concentración de clorotalonil en la mezcla de reacción al exponerla a la carga enzimática del extracto de sustrato

degradado por P. pulmonarius y a la carga enzimática de un extracto de carpóforos del mismo hongo

0

20

40

60

80

100

120

0 10 20 30 40 50 60 70

Co

nte

nid

o d

e C

TN (

%)

Tiempo (min)

Inactivo

Extracto SDP

Extracto de carpoforos

Inactivo

Extracto de SDP

Extracto de carpóforos

Resultados

Enzima Substrato pH de reacción

Tasa (10-3 mM/min)

Actividad volumétrica

(U/ml)

Lacasa ABTS 4.5 31.7 15.8

Lacasa Syringaldazina 6.6 3.3 4.95

Mn-Peroxidasa Rojo fenol 4.5 10.3 5.19

Fenol oxidasa Catecol 5.0 7.2 3.6

AAO Veratryl alcohol

4.5 0 0

Tabla 1. Actividad de enzimas ligninolíticas en extracto crudo de sustrato degradado por Pleurotus pulmonarius. Temperatura de reacción= 27oC

Conclusiones

• Se logró una remoción de >90% del clorotalonil (6 mg/l) en un biofiltro empacado con SDP operado con alimentación descendente, con un tiempo de retención de 30 min y una tasa de recirculación de 50 ml/min

• Se observó una alta remoción de CTN (>80%) después de hacer pasar 8 lotes de efluentes a través del biofiltro

• El extracto de SDP tiene la capacidad de degradar CTN hasta en un 100 %

• Procesos abióticos en el biofiltro contribuyen de manera importante (hasta 70%) en la remoción del plaguicida