BIORREMEDIACION DE SUELOS DE VERTEDERO EN TÉRMINOS DE METALES CONTAMINANTES (Zn, Mg), MEDIANTE EL USO

DE LA LOMBRIZ ROJA CALIFORNIANA (Eisenia foètida), POR FI-AAS SUSPENSIONES.

Arroyo Jesús (1) Contreras Oscar(2) Rodríguez Ronny(2)

Amaya Jorge(2) Paolini Adriana(1)

(1) Decanato de Ingeniería Civil, Universidad Centroccidental “Lisandro Alvarado”, Barquisimeto Estado Lara, Venezuela. (2) Universidad nacional experimental Politécnica

“Antonio José de Sucre”, Departamento de Ingeniería Química, Barquisimeto Estado Lara, Venezuela

jcortez@ucla.edu.ve

Resumen: Un estudio sobre biorremediación de suelos en el vertedero de Pavía (Barquisimeto, estado Lara Venezuela), en términos de metales contaminantes Zn, Mg, haciendo uso de la capacidad extractora y remoción de la lombriz Roja Californiana (LRC) (Eisenia foètida) es presentado; la técnica empleada para tal fin es la FAAS, con acople de un sistema FIA para la estimación de dichos metales en suspensión. Ensayos controlados de laboratorio pesando 45 g de suelo de vertedero, se le colocan 5 lombrices pesadas y medidas y se cuantifican dichos metales inicialmente, a los 5, 10 y 15 días, los valores reportados en las muestras inicialmente permiten elaborar mapas de isoconcentración de los analitos, utilizando el método Kriging de interpolación; permitiendo estimar la concentración de los analitos por proyección de las líneas y áreas establecida en el plano; adicionalmente se emplean otros ensayos de referencia con muestras de suelos contaminando con patrones acuosos de los analitos, en ambos casos y para los dos elementos estudiados se reportan niveles de remoción cercanos al 60% al cabo de los 15 días de estudio, constituyendo la LRC junto al sistema FI-AAS, en excelentes alternativas para la biorremediación de emplazamiento altamente impactados como los vertederos.Palabras claves: Biorremediación/ LRC/ Suelos de vertederos/ FI-AAS/ Suspensiones/ Zn/ Mg

BIORREMEDIACION DE SUELOS DE VERTEDERO EN TÉRMINOS DE METALES CONTAMINANTES (Zn, Mg), MEDIANTE EL USO

DE LA LOMBRIZ ROJA CALIFORNIANA (Eisenia foètida), POR FI-AAS SUSPENSIONES.

Abstract: A study on bioremediation of soils at the landfill of Pavia (Barquisimeto, Lara state, Venezuela), in terms of contaminant metals Zn, Mg, using the extractor and removal capacity of the California Red Worm (CRW) (Eisenia foètida) is presented, the technique used for this purpose is the FAAS, with coupling of a FIA system for the estimation of these metals in slurries. Controlled laboratory essays weighing 45 g of soil from the landfill, place 5 worms was weighed and measured and quantified these metals initially at 5, 10 and 15 days, the values reported in the samples initially isoconcentración allow mapping of the analytes, using the Kriging method of interpolation, allowing estimation of the concentration of analytes by projection lines and shaded areas established in the plane; additional reference essays are used with soil samples contaminated with aqueous standards of the analytes, in both cases and for the two studied elements clearance levels are reported close to 60% after 15 days of study, being next to the CRW FI-AAS system, in excellent alternatives for the bioremediation of highly impacted site as landfill. Key-words: Bioremediation/ CRW/ Soils of Landfill/ FI-AAS/ Slurries/ Zn/ Mg

I. INTRODUCCIÓN

El estudio del impacto medio ambiental en emplazamiento como los llamados vertederos, botaderos de basura, basurales, etc., concurre cada vez con mayor urgencia debido al ingente cantidad de materiales que día a día son dispuestos en ellos, generalmente con un control inadecuado [1,2], afectando en gran medida el entorno ambiental, las aguas subterráneas y la salud de las personas que habitan en sus adyacencias. A la par de estas circunstancias se ha venido considerando con mayor insistencia propuestas de recuperación de espacios como los mencionados y otros como los de cultivos o de uso industriales [3,4], cada vez más

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efectivas e inocuas; en este entorno se muestra a la lombriz roja californiana (LRC) (Eisenia foètida), con una alternativa muy oportuna, dado su capacidad detritívora y en tanto de remoción de agentes contaminantes como metales dispuestos en suelos [5]. El estudio aquí presentado comprende una propuesta para la biorremediación de suelos de vertederos y otros igualmente impactados; en nuestro caso el vertedero de la ciudad de Barquisimeto, Estado Lara Venezuela, mediante el cual en estudios controlados de laboratorio, se estima la remoción de Zn y Mg en dichos suelos, para lo cual se tomaron muestras representativas de todo el lugar para su eventual análisis mediante suspensiones [6,7] a través de sistema FIA acoplado a un espectrómetro de absorción atómica en llama (FI-AAS), las experiencias controladas con biomasa de lombrices pesadas y medidas fueron dispuestas en cantidades fijas de suelos y cuantificadas en términos de los analitos considerados, reportándose porcentajes de remoción cercanos al 60 % al cabo de 15 días de estudio.Alternativamente mediante ensayos referenciales, con los valores iníciales encontrados en los suelos para ambos elementos, se elaboraron mapas de isoconcentración de los contaminantes, los cuales se obtuvieron utilizando el método Kriging de interpolación, haciendo uso de un software SIG, Surfer 8 [8], que permiten estimar o proyectar la concentración de las especies estudiadas en zonas distintas a las muestreadas.Otros ensayos, tales como la cuantificación de los analitos en ambientes contaminados deliberadamente con excesos de patrones acuosos, en presencia y ausencia de lombrices, fueron llevados a cabo, a efectos de reafirmar el carácter univoco de la remoción de los elementos contaminantes por parte de LRC, convirtiéndose de esta manera en una importante propuesta para la recuperación de suelos como los de vertedero y otros impactados en similar magnitud. II. DESARROLLO1. Aparatos

La cuantificación de ambos analitos fueron realizadas en suspensión, mediante un espectrómetro de absorción atómica en llama marca Thermo, modelo Electron Corporation, con lámparas de cátodo hueco de la misma marca comercial.El sistema acoplado FIA [9], para la estimación de ambos elementos, mostrado en la figura 1, y empleado para el uso de suspensiones, comprende el uso de una bomba peristáltica de 10 rodillos marca Gilson y cuatro canales y velocidad regulable, mangueras de 1,4 mm de diámetro interno son usados para el transporte de las muestras de suelo y portador. La muestra se introduce en forma bolo discreto con ayuda de una válvula de cuatro vías marca Rheodyne. Un dispositivo de ultrasonido es usado para disgregar las muestras durante dos minutos antes de ser introducidas, estando en constante agitación. Un molino de bolas de teflón con un centímetro de diámetro es empleado para reducir el tamaño de partícula de los suelos, que con anticipación son pasadas por tamices para eliminar el cuerpo grueso encontrados en las muestras. Finalmente la porción de muestra analizada fueron pesadas en una balanza analítica digital marca Ohaus-Explorer.

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Figura 1.- Montaje usado para el acoplamiento FI-AAS. El portador es impulsado mediante una bomba peristáltica P, que a su vez carga el lazo de la muestra, L. El volumen de muestra es introducido en forma discreta al sistema mediante la válvula de cuatro vías, V. Muestra y portador viajan hacia el detector atravesando el serpentín C1, la pieza en T y e l serpentín C2.

2. ReactivosLas muestras fueron dispuestas en agua bidestilada y desionizada, los patrones acuosos utilizados en las calibraciones son preparados por dilución a partir de patrones de 1000 ppm de alta pureza. HCl y HNO 3 grado analítico al 2 % es usado para coadyuvar a la disminución del tamaño de partícula [10].

3. ProcedimientoVeinte muestras de suelos de las distintas zonas del vertedero fueron dispuestas para la valoración de Zn y Mg, y su remoción frente a la presencia de la LRC [11], a tal efecto se procedió a establecer diseños de experiencias que contemplan para cada muestra tres replicas, para cada estudio y para cada analito, así, se emprendió y se dispuso del siguiente cuadro de experiencia:– Muestras sin lombrices – Muestras con lombrices – Muestras contaminadas deliberadamente con cada analito en presencia y ausencia de lombrices Todas y cada una de las muestras a vez fueron medidas por triplicado según los parámetros operacionales del equipo mostrados en la tabla 1 y para los tiempos de 5, 10 y 15 días, pesando 45 g de cada suelo en vasos plásticos y colocando 5 lombrices pesadas y medidas de acuerdo con cada caso. Los vasos son tapados con tela que permitan la aireación y subsistencia de las lombrices.

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T

MMuestra

AASV

P

Portador

Muestra

LW

aire

C1 C2T

MMuestra

AASV

P

Portador

Muestra

LW

aire

C1 C2

Tabla I.- Parámetros operacionales del equipo de FAAS

Parámetro Cinc Magnesio

Longitud de onda, nm 213,9 285,2

Slit, nm 0,7 0,7

Llama acetileno/aire acetileno/aire

Volumen del loop 200 µL 200 µL

Masa de la muestra 150 mg 150 mg

Tiempo de integración, s 0,3 0,3

A estos efectos, de cada muestra se tomas 150 mg del suelo al término de los días estipulados, se coloca HCl y HNO3 al 2% y se lleva a un volumen final 30 ml con agua, se somete a 2 min de ultrasonido y en agitación magnética se cuantifica con el sistema FIA propuesto.

III. Resultados y DiscusiónComo se comentó, fueron cuantificadas las muestras de suelos al inicio de las experiencias en presencia de las lombrices y se utilizo un Sistema de Información Geográfica (SIG) para analizar la información geográficamente referenciada de los puntos de muestreo. El propósito de estas actividades es elaborar mapas de concentración, de manera de estimar por interpolación y mediante líneas de contorno reflejando áreas de mayor o menor intensidad en los tonos de grises asociadas a valores de concentración. Los mapas de distribución espacial de los contaminantes, se presentan en las figuras 2(a) y 2(b), donde se observa la distribución geoespacial de los analitos en función de los rangos establecidos por la escala establecida.

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Figura 2.- (a) Mapas de isoconcentración para el Zn

Figura 2.- (b) Mapas de isoconcentración para el Mg

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Los mapas para ambos analitos resultan completamente distintos en su distribución geoespacial, observándose una mayor presencia del Zn en las zonas de entrada al nor-oeste de su mapa, en tanto para el caso del Mg, se nota una mayor presencia en el área norte y a lo largo del eje central de su correspondiente mapa, y una escasa presencia en las áreas laterales del mismo. Las razones para estas distribuciones probablemente la encontremos en el tipo y tiempo de residencia los de los materiales depositados en las zonas del vertedero a la naturaleza del suelo y a la propia del analito.En la figura 3, se reflejan los resultados de los ensayos llevados a cabo en presencia de lombrices. Como puede observarse tanto para el Zn y el Mg, los resultados reportan una remoción de alrededor de 20 % cada 5 días, y un 60 % al final del estudio al cabo de 15 días, ello demuestra la capacidad constante de la LRC, en remover indiscriminada y eficientemente ambos elementos.

Figura 3.- Porcentajes promedio de remoción de Zn (a), y Mg (b), en muestras de suelo del vertedero de Pavía, en presencia de la LRC, en función del tiempo.

Para el caso de suelos contaminados deliberadamente con patrones acuosos del mismo analito la presencia de la LRC, actúa de manera similar, removiendo en promedio valores cercanos al 60 % para ambos especies (Figura 4).

Figura 4.- Porcentajes promedio de remoción de Zn (a) y Mg (b), en muestras de suelos del vertedero de Pavía, contaminados deliberadamente con patrones acuosos de cada analito producto de la presencia

de la LRC.

6

19,44

41,41

62,20

0,00

10,00

20,00

30,00

40,00

50,00

60,00

70,00

5,00 10,00 15,00

Tiempo (días)

% R

emoc

ión

20,27

40,63

58,70

0,00

10,00

20,00

30,00

40,00

50,00

60,00

70,00

5,00 10,00 15,00

Tiempo (días)

% R

emoc

ión

(a) (b)

19,43

39,34

58,41

0,00

10,00

20,00

30,00

40,00

50,00

60,00

70,00

5,00 10,00 15,00

Tiempo (días)

% R

emoc

ión

60,20

39,91

19,10

0,00

10,00

20,00

30,00

40,00

50,00

60,00

70,00

5,00 10,00 15,00Tiempo (días)

% R

emoc

ión

(a) (b)

En relación a estos estudios de carácter referencial, la LRC actúa de manera similar, removiendo hasta un 60 % en cada caso, aun en presencia de un aumento significativo del los analitos estudiados producto de la adición deliberada de soluciones acuosas de estos, lo que indica que su remoción no depende de si los mismos estén en condición acuosa o sean aportados por la propia matriz, más allá de la factibilidad de continuar su remoción aun en ambientes de alta concentraciones de elementos contaminantes, lo cual resulta particularmente importante, toda vez, que su cuantificación se verifica frente a patrones acuosos y además de que tal capacidad de remoción depende exclusivamente de la actividad detritívora de la LRC. Por otro lado, muestras tomadas al azar fueron digeridas mediante el uso de ácidos minerales a efectos de establecer la exactitud de los ensayos realizados, encontrándose que no se evidencia errores significativos en los valores para las concentraciones de los analitos estudiados al comparar ambas metodologías (suspensiones-digestiones).

IV. CONCLUSIONES1. La acción biorremediadora de la LRC para especies contaminantes como el Zn y Mg en suelos del

vertedero de Pavía objeto de estudio en este trabajo, queda claramente evidenciada a la luz de los resultados obtenidos

2. Alrededor del 60 % para ambos analitos en un tiempo relativamente corto de 15 días, lo que la promueve junto a la técnica FI-AAS suspensiones, como excelente alternativa.

3. La depuración de emplazamientos altamente impactados como los vertederos y otros de similar naturaleza, ya sea en la acción directa sobre la matriz o en los ensayos con exceso de estándares acuosos, que sirven en alguna medida de referencia para afirmar su acción removedora.

4. La elaboración de mapas de isoconcentración de insoslayable importancia en la estimación y ubicación geoespacial de las especies objeto de estudios.

V. REFERENCIAS

1. El-Fadel, M; Findikakis A and Leckie J. “Environmental Impacts of Solid Waste Landfilling”. Journal of Environmental Management, 50 (1997) 1-25.

2. Mato R. “Environmental implications involving the establishment of sanitary landfills in five municipalities in Tanzania: the case of Tanga municipality”. Resources, Conservation and Recycling, 25 (1999) 1–16.

3. Rawlinson H., Dickinson N., Nolan P., Putwain P. “Woodland establishment on closed old-style landfill sites in N.W. England”. Forest Ecology and Management 202 (2004) 265–280

4. Zaïri, M., Ferchichi M., Ismaïl, A., Jenayeh, H., Hammami H. “Rehabilitation of El Yahoudia dumping site, Tunisia”. Waste Management, 24 (2004) 1023 – 1034.

5. Neuhauser, E.F., Loehr, R.C., Milligan, D.L. and. Malecki, M.R. “Toxicity of metals to the earthworm Eisenia fetida”. .Biology and Fertility of Soils, 1 (1985) 149:152.

6. Arroyo C. J., Marco L.M., Malavé R., Anzola E., Gómez L., Domínguez J., Alvarado J. “Determinación de Manganeso y Potasio en muestras yeso por FI AAS-suspensiones y fusión alcalina como alternativas analíticas al procedimiento convencional de lixiviación”. Rev. Tec. Ing. Univ. Zulia. (2002) Vol. 25. Nro. 1. 42-18,

7. Yépez M.A, Marcos R., Segura F., Amaya J., Arroyo J., Arrieche B., Matute S., Marco L. “A Determination Of Arsenic In Sugar Soil And Foliar Tissue From Municipio, Lara State, Venezuela by Generation Atomic Absorption Spectroscopy”. Current Research Paper

8. Critto A., Carlon C., Marcomin A. “Characterization of Contaminated Soil and Groundwater Surrounding an Illegal land. (S. Giuliano, Venice, Italy) by Principal Component Analysis and Kriging”. Environmental Pollution, 122 (2003) 235–244

9. Carrero P., Gutierrez L., Rondón C., Burguera J., Burguera M., Petit Y. “Flow injection determination of Bismuth in urine by successive retention and tetrahydroborate (III) on an anion- exchange resing and hydride generation atomic absorption spectrometry”. 12TH Flow Injection Analysis, Venezuela, Book of Abstracts, pag. 67, 2003

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10. López G. I., Arroyo C. J., Hernández C. M., “Generation of vapors from slurries samples for the fast determination of As and Hg in coal fly ash and diatomaceous earth” Atomic Spectroscopy 14, 144, (1993)

11. Arroyo C. J., Marco L. M., Matute S., Macchi L. “Evaluation of As and Hg from landfill soil using Eusenia Foetida”. LabCiencias. www. Labciencias.com., 4. 2006

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