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
60
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
80
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