Tratamiento de efluentes contaminados con clorotalonil en un biofiltro empacado con sustrato degradado por Pleurotus pulmonarius

Transcripción

1 Tratamiento de efluentes contaminados con clorotalonil en un biofiltro empacado con sustrato degradado por Pleurotus pulmonarius Lilliam L. Gordillo Dorry 1, Rosa A. Córdova Juárez 1, José E. Sánchez 2, Ricardo Bello-Mendoza 2,* 1 Centro de Biociencias, Universidad Autónoma de Chiapas (México) 2 Depto. de Biotecnología Ambiental, El Colegio de la Frontera Sur (México)

2 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

3 Introducción 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?

4 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

5 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 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

6 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); R 2 calibración= 0.942, CV= 9.12%, LD= 0.1 µg/l

7 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 120 o C por 20 min Análisis estadístico: diseños factoriales 4x3 y 4x2; Tukey (α=0.5); Minitab ( 2007 Minitab Inc.)

8 Metodología Extracto enzimático 10 g de sustrato degradado en 20 ml de acetato de sodio (ph 7.4 y 27 o C) 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) ABTS [ácido 2,2'azinobis-(3-etilbenzotiazolin 6- sulfónico)] Rojo de fenol Veratryl alcohol Catecol Lacasa Peroxidasa Mn peroxidasa Aril alcohol oxidasa Fenol oxidasa

9 Metodología Desarrollo de la reacción de degradación 3 ml extracto enzimático 3 ml de sol. clorotalonil (2 mg/l) Muestra (0, 15, 30, 45 y 60 min); 90 o C x 2 min Extracción (éter de petróleo en hexano) Cuantificación (cromatografía de gases)

10 % de remoción Resultados min 30 min 45 min Lote 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)

11 % de remoción Resultados ml/min 100 ml/min 200 ml/min Lote 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)

12 % de remoción Resultados Ascendente Descendente Inactivo Ascendente Descendente Inactivo Lote 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)

13 % de remoción Resultados R² = 0, Lote 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)

14 Contenido de CTN (%) Resultados Inactivo Extracto SDP Extracto de carpoforos Inactivo Extracto de SDP Extracto de carpóforos Tiempo (min) 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

15 Resultados Enzima Substrato ph de reacción Tasa (10-3 mm/min) Actividad volumétrica (U/ml) Lacasa ABTS Lacasa Syringaldazina Mn-Peroxidasa Rojo fenol Fenol oxidasa Catecol AAO Tabla 1. Actividad de enzimas ligninolíticas en extracto crudo de sustrato degradado por Pleurotus pulmonarius. Temperatura de reacción= 27 o C Veratryl alcohol

16 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