Comparación Toxicológica. mediante Daphnia Magna entre un. Tratamiento Aeróbico y Anaeróbico, utilizando Ril de Celulosa Kraft

Transcripción

1 Comparación Toxicológica mediante Daphnia Magna entre un Tratamiento Aeróbico y Anaeróbico, utilizando Ril de Celulosa Kraft Resumen La industria de celulosa kraft se caracteriza por presentar una alta carga de materia orgánica y estractivos de la madera. Dentro de este contexto, la industria se ha visto obligada a implementar medidas para disminuir o eliminar el impacto de los desechos en el ambiente. De esta manera se han implementado tecnologías de tratamientos biológico aeróbicos y anaeróbicos, los cuales disminuyen la carga de materia orgánica presente. Una herramienta para evaluar la reducción de la toxicidad de estos efluentes son los bioensayos, que permiten evaluar el efecto letal sobre organismos vivos. De acuerdo a esto, se plantea determinar cuál de los dos sistemas de tratamiento biológico es más efectivo en la disminución de la toxicidad de efluentes provenientes de la industrias de celulosa a través de la respuesta aguda (LC5048 horas) mediante D. magna. Los resultados indican que Laguna aeróbica y reactor UASB, son eficientes en la reducción de la toxicidad aguda de un efluente de celulosa kraft en un 100%. Se sugiere la implementación de sistemas combinados de tratamientos para una mejor eliminación de carga orgánica. 47

2 Investigadores Escolares Hugo Eduardo Sepúlveda Cárdenas (13 años) Agustín Enrique Reyes Reyes (12 años) Maremba Patricia Rojas Hernández (13 años) Profesora Guía Marta Cárdenas Ramírez Establecimientos Colegio Concepción, San Pedro de La Paz Escuela E-653 Miguel José Zañartu, San Pedro de La Paz. Asesores Científicos Gladys Vidal, Doctora en Ciencias Químicas. Centro EULA, Universidad de Concepción. Marisol Andrea Belmonte Soto, Laboratorio de Biotecnología, Centro EULA-Chile, Universidad de Concepción. Soledad Andrea Chamorro Rodríguez, Laboratorio de Bioensayos, Centro EULA-Chile, Universidad de Concepción. Introducción Los ecosistemas acuáticos son receptáculos de una gran cantidad y diversidad de contaminantes químicos provenientes tanto de fuentes puntuales (efluentes industriales y domésticos), como difusas (agrícola y forestal), (Gaete, H. et al. 1999). Una de las actividades industriales en Chile, que se caracteriza por generar una gran diversidad y cantidad de emisiones de contaminantes químicos es la industria de celulosa con proceso kraft, (Gaete, H. et al. 1999). Estos efluentes causan distintos tipos de impactos al ambiente, asociado a su contenido en materia orgánica, sólidos en suspensión, toxicidad y color, (Vidal, G. 1999). Una manera de reducir la materia orgánica presente en estos efluentes es mediante los tratamientos biológicos, (Vidal, G. et al. 1996). Dichos sistemas, permiten degradar principalmente la materia orgánica, además de otros compuestos que están presentes en los RILES (Residuos Industriales Líquidos). Se identifican dos tipos de sistemas de tratamiento biológico, aeróbicos y anaeróbicos. Los sistemas aeróbicos se caracterizan por reducir la materia orgánica mediante la degradación por parte de los microorganismos en un ambiente en presencia de oxígeno (Materia orgánica + Oxígeno CO 2 + agua). Las primeras tecnologías implementadas basadas en estos sistemas corresponden a las lagunas aireadas, estanques o piscinas que en su base poseen aireadores artificiales que suministran de oxígeno a los microorganismos, (Ramalho, R. S. 1983). Esta clase de tratamiento tiene la ventaja de disminuir la materia orgánica entre un 40-70%, pero requieren de grandes superficies de terreno, como también de un elevado consumo de energía para mantener en funcionamiento el sistema. Aún así este tipo de tratamiento es el más utilizado en Chile. Por su parte, los sistemas anaeróbicos se caracterizan por reducir la materia orgánica, pero mediante organismos adaptados a un ambiente en ausencia de oxígeno, generando con esto metano en forma de biogás (N + P + Materia orgánica Metano + CO 2). Entre las tecnologías aplicadas se encuentran los reactores UASB. Una aproximación para evaluar los potenciales efectos tóxicos del efluente y sus componentes específicos sobre cuerpos de aguas, son los test de toxicidad o biensayos, los cuales utilizan organismos vivos, y sus efectos se evalúan a través de estudios de toxicidad aguda por medio de respuestas letales (mortalidad, inmovilidad), (Larraín, A. 1996). Dentro de la variada gama de organismos utilizados en este tipo prueba, se encuentran los crustáceos cladóceros del género Daphnia, (Environmental Protection Agency. 1999). 48

3 De acuerdo a esto, cabe preguntarse cuál de los dos sistemas resulta más eficiente para reducir la toxicidad de los residuos líquidos producidos en la industria de celulosa kraft, para ello se plantea la siguiente hipótesis: Los efluentes de celulosa kraft, tratados en sistemas de tratamiento biológico aeróbicos, son menos tóxicos que los efluentes tratados en sistemas de tratamiento biológico anaeróbico. Esta investigación se plantea los siguientes objetivos; evaluar la toxicidad mediante Daphnia magna, de un efluente de celulosa tratado en una laguna aeróbica y de un efluente tratado en un reactor UASB (anaeróbico); y, determinar cuál de los sistemas de tratamiento biológico es más efectivo en la disminución de la toxicidad de efluentes provenientes de la industrias de celulosa, a través de la respuesta aguda (LC5048 horas). Materiales Efluente aeróbico proveniente de la industria de celulosa kraft, complementado con una fuente de nitrógeno y fósforo en la proporción DBO5100:5:1 (Vidal, G. el al., 1999); tratado mediante laguna aireada en continuo, con un volumen total de 660 ml. Efluente anaeróbico proveniente de la industria de celulosa kraft, complementado con una fuente de nitrógeno y fósforo en la proporción DBO5350:5:1; tratado mediante un reactor UASB con volumen total de 215 ml. Bioensayos: Frascos de borosilicato de 50 ml. Neonatos de Daphnia magna Agua de reconstitución para D. magna Pipetas pasteur de 15 cm Bureta de 100 ml Guantes quirúrgicos, Toalla nova Equipos: Peachímetro Termómetro Oxigenómetro Oxi 3300i/set modelo Método Para evaluar la toxicidad aguda de ambos tratamientos, se seleccionaron neonatos de Daphnia magna, menores a 24 horas de vida, utilizando envases de vidrio transparente de 50 ml. Se evaluó la toxicidad de un efluente de celulosa kraft tratado mediante laguna aeróbica y reactor anaeróbico UASB, respectivamente. Se evaluaron 5 niveles de concentraciones (control; 6,25; 12,5; 50 y 100%), 4 replicas por cada nivel, y 5 organismos por replica. El bioensayo tuvo una duración de 48 horas, sin recambio ni alimentación. Las concentraciones del efluente (laguna y UASB) utilizadas para el bioensayo fueron diluciones seriadas de ambos efluentes. La respuesta evaluada en el organismo fue la mortalidad a las 48 horas de exposición (LC5048 horas). Cada una de las pruebas fueron calculadas a través del análisis PROBIT, (Correa, J. et al. 2003). Resultados En la Tabla I podemos observar los resultados de la toxicidad aguda de ambos sistemas de tratamiento biológico (anaeróbico y aeróbico, Figura 1 a y b respectivamente). Tabla I Evaluación de la toxicidad de las muestras obtenidas mediante tratamiento anaeróbico y aeróbico. Muestra LC50-48 Hrs. Intervalos Influente Aeróbico 42,08 ml [35,60-49,73] Influente Anaeróbico 45,06 ml [38,87-52,24] Efluente Aeróbico >100 ml Efluente Anaeróbico >100 ml

4 En la Tabla II se entregan las características de los efluentes en cuanto a sus parámetros físico-químico. Tabla II Características de los efluentes estudiados. Efluente Efluente Parámetros laguna reactor aireada UASB ph 7,5 6,9 Temperatura (ºC) Materia orgánica*(gdqo/l) 437,5 480,0 Oxígeno disuelto (mgo 2/L) 4,7 n.d. n.d.: no detectado *: Datos entregados por personal laboratorio de biotecnología. Figura 1. a) Reactor UASB b) Laguna aeróbica Discusión La toxicidad (LC hrs.) del efluente de celulosa kraft, utilizando Daphnia magna como organismo bioindicador de contaminación, fue evaluada en esta investigación utilizando efluentes de dos sistemas de tratamiento biológico, uno aeróbico (laguna aireada), y otro anaeróbico (reactor UASB). Los resultados indican un valor de LC hrs. similar para ambos influentes, demostrando una toxicidad menor al 50% de la muestra. Esto, quiere decir que a una concentración mayor al 50% de la muestra existiría mortalidad para la mitad de la población de Daphnia magna. Los resultados para los efluentes indican una reducción total de la toxicidad en ambos tratamientos, obteniendo un valor de LC hrs mayor al 100% para el tratamiento por laguna aireada y reactor anaeróbico UASB. De esta manera la hipótesis planteada anteriormente, en que los sistemas de tratamiento biológico aeróbico eran menos tóxicos que los sistemas de tratamiento anaeróbico, queda refutada. Esto, debido a que al comparar los dos sistemas no presentan toxicidad alguna a 48 hrs., lo que significa que son altamente eficientes para disminuir la contaminación generada por las industrias de celulosa con proceso kraft. Sin embargo, se ve que existe una fracción de materia orgánica (DQO: Demanda química de Oxígeno) que no es posible de eliminar por los microorganismos de ambos tratamientos, ya que la DQO del tratamiento aeróbico fue de 437,5 mg DQO/L, y para el sistemas anaeróbico de 480,0 mgdqo/l. Quizás una manera de potenciar estos sistemas de tratamiento biológico es la implementación por parte de las industrias, de sistemas combinados de tratamiento. Es decir, anaeróbico-aeróbico, con el objetivo de aumentar la efectividad y eficiencia en la disminución de la materia orgánica que es eliminada por estas industrias a los cuerpos de aguas, como por ejemplo el río Bío Bío. 50

5 Conclusiones La toxicidad (LC hrs.) en los sistemas de tratamiento biológico, tanto aeróbico como anaeróbico, fue superior a 100ml. Ambos sistemas de tratamiento disminuyen la toxicidad generada por las industrias de celulosa kraft en un 100%. Existe una fracción de materia orgánica, evaluada como DQO, que no es posible eliminar por los microorganismos aeróbicos ni anaeróbicos. La hipótesis planteada queda refutada. Como forma de aumentar la eficiencia de estos sistemas en cuanto a reducir la materia orgánica, se sugiere utilizar sistemas combinados de tratamiento, es decir, uno anaeróbicoaeróbico. Ramalho, R. S. (1983). Tratamiento de aguas residuales. Barcelona, España, S.I., Editorial Revertè, 705 pp. Vidal, G., Méndez, R., Lema, J. M., y Soto, M. (1996). La industria de pasta celulósica y papel: procesos productivos y generación de efluentes. España, Ingeniería Química 28 (320): Vidal, G. (1999). Revisión bibliográfica sobre los compuestos orgánicos producidos en la industria de la pasta y el papel: incidencia en la toxicidad y biodegradabilidad anaerobia de sus efluentes. Afinidad, 481: Anexos Glosario: Literatura Citada Correa, J., Domínguez, V. M., Martínez, M. and Vidal, G. (2003). Aerobic degradation of 2,4,6 TCF content in ECF bleached effluent. Env. Inter., 29(4), Chamorro S, Xavier C, Vidal G. (2005). Behaviour of aromatic compounds contained in the kraft mill effluents measurements by UV-VIS. Biotech Prog., 5: Environmental Protection Agency. (1999). Systematics, ecology, life history and culture methods Daphnia (D. pulex and Ceriodahphnia) Gaete, H., Larraín, A., Bay-Schmith, E., Cifuentes, A., Rodríguez, J. and Baeza, J. (1999). Toxicidad crónica y características físico-química de aguas receptoras de efluentes de industrias de celulosa, localizadas en la cuenca del río Bío- Bío (Chile, Central). Ecotoxicol. Environ. Restor., 2: Larraín, A. (1996). Criterios ecotoxicológicos para evaluar alteraciones ambientales y establecer parámetros de control: importancia de los bioensayos de toxicidad. Cienc. Tec. Mar. CONAMA (Nº especial)