EVALUACIÓN DE LA TOXICIDAD DEL EDTA Y METAL EDTA EN MICROORGANISMOS DE UN SISTEMA DE LODOS ACTIVADOS QUE TRATA EFLUENTE DE LA INDUSTRIA CELULOSA

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1 EVALUACIÓN DE LA TOXICIDAD DEL EDTA Y METAL EDTA EN MICROORGANISMOS DE UN SISTEMA DE LODOS ACTIVADOS QUE TRATA EFLUENTE DE LA INDUSTRIA CELULOSA M. Cristina Diez Jerez. Químico Lab. Doctor en Ciencias de Alimentos, Universidad Federal de Campinas, Brasil. Director de Postgrado y Profesor Titular del Departamento de Ingeniería Química, Universidad de La Frontera, Temuco, Chile. Trabajo Académico y asesoría técnica a empresas en el área de producción limpia, tratamiento de residuos líquidos industriales por procesos biológicos y caracterización físico química de Riles. Jefe del Laboratorio de Análisis de Aguas Residuales del Instituto de Agroindustria, de la Universidad de La Frontera Gladys Vidal Saez. Ingeniero Civil Industrial. Doctor en Ingeniería, Universidad de Santiago de Compostela, España. Profesor Asociado del Centro EULA de la Universidad de Concepción, Concepción, Chile. Realiza trabajo Académico y asesorías a Empresas en el área de tratamiento de residuos líquidos y sólidos. Su línea de investigación está asociada principalmente a los tratamientos biológicos anaerobios aplicados a la industria de celulosa. Dirección autor principal Dra. M. Cristina Diez J. Departamento de Ingeniería Química, Universidad de La Frontera Casilla 54-D Temuco/Chile Telefono: ; Fax: mcdiez@ufro.cl Tema de Trabajo: Tema II: Tratamiento y reuso de aguas residuales Nº de Registro : II-Diez-Chile-2 Modalidad de Presentación: Poster Palabras Claves: EDTA, inhibición, lodos, celulosa TCF

2 EVALUACION DE LA TOXICIDAD DEL EDTA Y METAL EDTA EN MICROORGANISMOS DE UN SISTEMA DE LODOS ACTIVADOS QUE TRATA EFLUENTE DE LA INDUSTRIA CELULOSA RESUMEN Se evaluó la toxicidad del EDTA y EDTA acomplejado con Fe y otros metales, sobre un lodo proveniente de un lodo activado utilizado para tratar efluente de la industria celulosa, utilizando la técnica basada en OECD Método 209 (1987). Metodología basada en el consumo de oxígeno del lodo activado en presencia de un sustrato. El porcentaje de inhibición del consumo de oxígeno fue estimado por comparación con la mezcla control sin el material tóxico para los microorganismos. La sensibilidad del lodo activado fue chequeada con el 2,4-DCF como sustancia de referencia. El 2,4-DCF presentó un valor de EC 50 de 7,39 mg/l. En cuanto al EDTA, el aumento de la concentración disminuye la velocidad de consumo de oxígeno, llegando hasta valores 0,47 mg L -1 h -1 con la concentración de 400 mg/l de EDTA. La concentración donde existe un 50% de inhibición a los microorganismos es de aproximadamente 200 mg/l de EDTA. El test realizado con 100 mg/l de EDTA sin adición de Fe +3 presenta menor consumo de oxígeno, siendo mayor con la adición de Fe +3 que se encuentra en relación molar 1/1. En la concentración de Fe +3 menor a la requerida para acomplejar el EDTA presenta una inhibición de 24,37% disminuyendo cuando la relación molar es de 1/1 alcanzando una inhibición de 6,05%. El exceso de Fe +3 provoca un aumento de inhibición. Al acomplejar el EDTA con los metales Zn, Mg y Ca, seguido de Cu, Fe y Co existe una mayor velocidad de consumo de oxígeno. Sin embargo la disminución del porcentaje de inhibición es pequeña comparada con la obtenida cuando se adiciona 100 mg/l -1 de EDTA-Fe en relación equimolar Por tanto, la inhibición del lodo biológico disminuye con el aumento de la concentración de EDTA adicionado, afectando la actividad biológica del lodo. El consumo de oxígeno del lodo aumenta al adicionar cantidades crecientes del ión Fe +3, minimizando el efecto negativo del EDTA sobre el lodo biológico. Pero la adición de Fe en exceso aumenta la inhibición de la actividad del lodo. Para acomplejar el EDTA, los metales Zn, Mg, Ca y Fe presentan mayor actividad biológica del lodo permitiendo un mayor consumo de oxígeno y disminuyendo la toxicidad que el EDTA presenta al no estar acomplejado. INTRODUCCIÓN La industria de celulosa y papel ha centrado sus esfuerzos en modificar parte de su proceso de fabricación para disminuir su contaminación, utilizando secuencias de blanqueo que reemplazan el uso de cloro parcialmente, obteniéndose la pulpa ECF (Elementary Chlorine Free) y la sustitución total de cloro por otros agentes oxidantes como el oxígeno, peróxido de hidrógeno u ozono, obteniéndose la pulpa TCF (Totally Chlorine Free). La presencia de iones metálicos en el proceso, tales como Fe, Cu y Mn, catalizan reacciones de descomposición de dichos agentes oxidantes, dando por resultado la formación de radicales (OH, OOH -, OO٠), disminuyendo la eficiencia del proceso y una pérdida de las propiedades fisicoquímicas de la pulpa. Debido a esto, se utilizan agentes quelantes como el ácido etilendiamidatetraacético (EDTA) y el ácido dietilentriaminopentaacético (DPTA,) que atrapan los iones metálicos, solubilizándolos. El uso del EDTA, además de solubilizar metales pesados de lodos activados y sedimentos, podría afectar significativamente la eficiencia de los sistemas de tratamiento biológicos (Rodríguez et al., 1999), debido a que incrementa la permeabilidad de la membrana celular por liberación de iones calcio, lo que hace posible la incorporación de compuestos tóxicos al espacio celular. Debido a lo anterior, el objetivo del presente estudio fue evaluar la toxicidad del EDTA y EDTA acomplejado con Fe y otros metales, sobre un lodo proveniente de un lodo activado utilizado para tratar efluente de la industria celulosa, utilizando la técnica basada en OECD Método 209 (1987).

3 METODOLOGÍA El procedimiento para realizar los ensayos de toxicidad fue el Método 209 OECD modificado (1987), de baja concentración de lodo ( mg/l). El principio de este método se basa en que el lodo activado en presencia de un sustrato fácilmente biodegradable, consumirá oxígeno rápidamente en una proporción que depende, entre otros factores, de la concentración de microorganismos. La adición de una concentración toxica del material test puede producir una disminución en la tasa de consumo de oxígeno. La tasa de consumo de oxígeno fue medida utilizando un electrodo de oxígeno. El porcentaje de inhibición del consumo de oxígeno fue estimado por comparación con la mezcla control sin el material test. La sensibilidad del lodo activado fue chequeada con el 2,4-Diclorofenol como sustancia de referencia. Para evaluar la toxicidad del EDTA, se utilizó lodo proveniente de un reactor de lodos activados que trata efluente de una industria de celulosa kraft. Se prepara la mezcla en botellas de DBO 5 con medio sintético, compuesto test y agua destilada para la dilución. Se ajusta el ph a 7,5 ± 0,5, se agrega el inoculo (10 ml) y agua para lograr el volumen final. El blanco se prepara de la misma manera pero sin el compuesto del test. Además, se requiere preparar una mezcla para medir el consumo de oxígeno físico-químico. Esta mezcla contiene el compuesto del test, medio sintético y agua, pero ausencia de lodo activado. La mezcla es aireada solo al inicio del test, manteniendo constante la temperatura a 20 ± 2ºC y saturada la solución con aire antes de preparar la mezcla. Después de 30 minutos se para la agitación y se inserta el adaptador con el electrodo de oxígeno y reiterar la agitación inmediatamente. Esperar que se estabilice la lectura y se mide la concentración de oxígeno disuelto. RESULTADOS El 2,4-Diclorofenol (2,4-DCF) fue utilizado como sustancia tóxica patrón. El valor EC50 debería estar entre 5 30 mg/l para que el test de inhibición sea válido. El 2,4-DCF presentó un valor de EC 50 de 7,39 mg/l. Este valor se encuentra dentro del rango establecido en el método OECD. Otros estudios citan valores de 6 a 20 mg/l utilizando como sustancia de referencia el 3,5-diclorofenol. Así, se puede concluir que el lodo utilizado en este estudio fue sensible al 2,4-diclorofenol. Tabla 1. Velocidad de consumo de oxígeno de los microorganismos al agregarle como compuesto inhibidor 2,4-Diclorofenol. 2,4-DCP (mg*l -1 ) R (mg*l -1 *h -1 ) R (mg O 2 *d -1 *g -1 SS) Inhibición (%) 0 1,84 350,48 1 1,16 221,71 36, ,82 156,19 55, ,27 51,43 85,33 En la Tabla 2 se observa que al aumentar la concentración de EDTA disminuye la velocidad de consumo de oxígeno, llegando hasta valores 0,47 mg L -1 h -1 con la concentración de 400 mg/l de EDTA. Estos agentes pueden desestabilizar la membrana celular aumentando su permeabilidad por liberación de iones calcio, permitiendo así la incorporación de compuestos tóxicos. La concentración donde existe un 50% de inhibición a los microorganismos es de aproximadamente 200 mg/l de EDTA. Además, se puede observar que concentraciones mayores a 200 mg/l presentan una alta toxicidad para el lodo utilizado.

4 Tabla 2. Velocidad de consumo de oxígeno y porcentaje de inhibición de los microorganismos al agregarle EDTA en diferentes concentraciones. EDTA (mg/l) R (mg*l -1 *h -1 ) R (mg O 2 *d -1 *g -1 SS) 0 1,90 360, ,77 337,14 6, ,53 290,79 19, ,26 239,05 30, ,17 222,48 38, ,97 184,13 48, ,55 104,76 70, ,47 89,52 75,20 Inhibición (%) En la Tabla 3 se observa que el test realizado con 100 mg/l de EDTA sin adición de Fe +3 presenta menor consumo de oxígeno. Este consumo aumenta con la adición de Fe +3 siendo mayor con la concentración que se encuentra en relación molar 1/1. Cuando la concentración de Fe +3 es menor a la requerida para acomplejar el EDTA presenta una inhibición de 24,37% disminuyendo cuando la relación molar es de 1/1 alcanzando una inhibición de 6,05%. Al adicionar Fe +3 en exceso se observa un aumento de inhibición, aumentando con el exceso de metal agregado. En general, se puede señalar que la inhibición se encuentra bajo el 50%. En la Tabla 4 se observa una mayor velocidad de consumo de oxígeno al acomplejar el EDTA con los metales Zn, Mg y Ca, seguido de Cu, Fe y Co. Sin embargo, a pesar de presentar un mayor consumo de oxígeno que la muestra que contiene sólo el EDTA, la disminución del porcentaje de inhibición es pequeña comparada con la obtenida cuando se adiciona 100 mg/l -1 de EDTA-Fe en relación equimolar. Tabla 3. Velocidad de consumo de oxígeno y porcentaje de inhibición de los microorganismos al agregarle 100 mg/l de EDTA más diferentes concentraciones de Fe. Relación EDTA/Fe R (mg*l -1 *h -1 ) R (mg O 2 *d -1 *g -1 SS) Inhibición (%) 1/0, ,8 30,77 1/0,5 1,57 266,89 24,37 1/1,0 1,95 331,57 6,05 1/2,0 1,83 311,15 11,83 1/2,6 1,75 297,53 15,69 1/3,9 1,71 290,72 17,62

5 Tabla 4. Velocidad de consumo de oxígeno y porcentaje de inhibición al agregar 400 mg/l de EDTA más diferentes concentraciones de metales en relación 1/1. Muestra Conc metal. (mg/ L -1 ) R (mg*l -1 *h -1 ) R (mg O 2 *d -1 *g -1 SS) 0 ppm 0 1,96 402,05 EDTA 0 0,60 115,97 Fe -EDTA 76,44 0,67 128,6 Ca -EDTA 54,85 0,81 155,52 Mg-EDTA 33,27 0,82 157,44 Cu-EDTA 86,97 0,61 117,50 Co-EDTA 80,65 0,59 113,92 Zn-EDTA 89,49 0,85 163,20 Inhibición (%) 75,20 67,16 60,29 59,80 70,00 70,92 58,33 CONCLUSIONES La inhibición del lodo biológico disminuye con el aumento de la concentración de EDTA adicionado, afectando la actividad biológica del lodo. El consumo de oxígeno del lodo aumenta al adicionar cantidades crecientes del ión Fe +3, minimizando el efecto negativo del EDTA sobre el lodo biológico. Pero la adición de Fe en exceso aumenta la inhibición de la actividad del lodo. Para acomplejar el EDTA, los metales Zn, Mg, Ca y Fe presentan mayor actividad biológica del lodo permitiendo un mayor consumo de oxígeno y disminuyendo la toxicidad que el EDTA presenta al no estar acomplejado. AGRADECIMIENTOS: Investigación financiada por el proyecto Fondecyt REFERENCIAS OECD (1987). Methods 209, Activated Sludge, Respiration Inhibition Test, Adopted April 4, 1984 OECD Guidelines for testing of chemicals, OECD, Paris, France. Rodríguez, J., Mutis, A., Yerber, M. C., Freer, J., Baeza, J., Mansilla, H. D. (1999) Chemical Degradation of EDTA and DPTA in a Totally Chlorine Free (TCF) Effluent, Water Science and Technology 40(11/12):

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