Tratamiento de efluentes contaminados con clorotalonil … · empacado con sustrato degradado por...
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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)
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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
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• 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
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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
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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
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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
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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.)
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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
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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
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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)
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Lote
15 min
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45 min
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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
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1 2 3 4
% d
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mo
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n
Lote
50 ml/min
100 ml/min
200 ml/min
50
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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
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80
100
120
1 2 3 4
% d
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mo
ció
n
Lote
Ascendente
Descendente
Inactivo
Ascendente
Descendente
Inactivo
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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
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Lote
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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
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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
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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
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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