SEGUNDO CONGRESO NACIONAL DE CIENCIAS AMBIENTALES. K.A. Hernández 1, J.C. Muñoz 1, N. Ortega 1, J. Delgado 1, C.D Grande 1

Transcripción

1 SEGUNDO CONGRESO NACIONAL DE CIENCIAS AMBIENTALES Biorremediación de efluentes contaminados con colorantes de la industria textil a partir de enzimas con capacidad de degradar colorantes: rojo de metilo. K.A. Hernández 1, J.C. Muñoz 1, N. Ortega 1, J. Delgado 1, C.D Grande 1 1 Universidad San Buenaventura Cali hskarena@hotmail.com, juanvargas.96@hotmail.com, nataliaomoncanut96@gmail.com 1

2 Introducción Las aguas contaminadas pueden contener colorantes orgánicos al igual que sus productos de degradación debido al bajo grado de fijación en las telas; siendo el color el principal contaminante de las aguas residuales. Fuente: Fuente: es.wikipedia.org 2

3 Tipo de vertimientos Domésticos Industriales - Aguas negras - Aguas de lavado doméstico - Aguas de limpieza de calles - Aguas de lluvia y lixiviados - Potencialmente contaminantes - Altas cargas contaminantes - Altas cargas de sólido - Bajas cargas orgánicas y/o sólidos - Corrosivos - Térmicas Fuente: 3

4 Métodos de decoloración y degradación Fuente: Fuente: es.wikipedia.org Fuente: Químicos Oxidación, electrólisis, ozonólisis. Físicos Filtración, coagulación, ósmosis, floculación, inversa, adsorción. Biológicos Microorganismos, enzimas. 4

5 Las enzimas Moléculas de naturaleza proteica se encuentran principalmente al interior de las células y deben ser extraídas y purificadas para darles un uso comercial. Son muchos los microorganismos (especialmente bacterias y hongos) que son capaces de degradar colorantes y de los cuales se pueden extraer las enzimas (óxido reductasas) responsables de esta degradación. Fuente: alumnatbiogeo.blogspot.com Fuente: kerchak.com 5

6 Objetivos General: Obtener un extracto enzimático con la capacidad de degradar colorantes de las industrias textiles, ocasionando un impacto ambiental positivo. Específicos: 1. Encontrar la cantidad de extracto enzimático que degrade el colorante en un menor tiempo. 2. Encontrar las condiciones óptimas para la degradación del rojo de metilo por el extracto enzimático (ph y temperatura). 3. Comprobar la efectividad de la degradación. 4. Disminuir el impacto medio ambiental proveniente de las aguas residuales de la industria textil. 6

7 Metodología Crecimiento de la cepa La cepa G. geotrichum se inoculó en 100 ml de medio lácteo estéril. Incubación: 120 rpm; 72 horas; 25 C. Cámara de Neubauer: Conteo de células disponibles. 7

8 Extracción de las enzimas Las células de G. geotrichum se precipitaron por centrifugado con la finalidad de separar las células del sobrenadante; otras sustancias. Las células se resuspendieron en 50 ml de solución buffer fosfato ph 7.0. Centrifugación: 9000 rpm/10 min; 4 C. 8

9 Ultrasonido: 9 ciclos de 1 minuto cada uno con intervalos de 2 minutos; 4 C. Centrifugación: 9000 rpm/15 min; 4 C. Filtración Liofilización 9

10 Determinación de la actividad y cantidad del extracto enzimático. Se tomaron 5 tubos con 5 ml del colorante rojo de metilo y diferentes concentraciones de enzima, incubándolos a 30 C hasta su completa decoloración. Tabla 1. Concentración de enzima agregada. Tubos Cantidad de enzima (mg) ,7 3 3,4 4 6,8 5 10,3 10

11 Pruebas de Biodegradación El diseño experimental consistió en modificar el ph (3,42; 5,13 y 7,0), la temperatura (30 C, 40 C y 50 C). En los tubos de reacción se adicionaron 5,0 ml del colorante y 10,3 mg de enzima, se dejó en oscuridad durante 96 horas. 11

12 Pruebas de fitotoxicidad Se utilizaron semillas de Zea mays (maíz). Cada producto enzimático de degradación se depositó en una caja de Petri con 5 semillas de cada especie, con riego diario de 5 ml de agua durante 7 días, al final de los cuales se midió el porcentaje de germinación y la longitud de los tallos y raíces. 12

13 Resultados Cantidad de extracto enzimático adecuada para la degradación de la solución de rojo de metilo a 30 C. Cantidad de enzima (mg) Tiempo de degradación (horas) 1, , , ,3 96 Tabla 2. Variación del tiempo de acuerdo a la concentración de enzima agregada. 13

14 Variación del porcentaje de degradación del rojo de metilo a diferentes condiciones de temperatura y ph. Tabla 3. Variación de temperatura y ph. ph Temperatura 50 C 40 C 30 C 3,42 0% 100% 100% 5,13 0% 80% 90% 7,0 0% 90% 80% 14

15 Absorbancia Absorbancia del rojo de metilo y sus productos de degradación. 2,500 2,000 1,500 Blanco Rojo de Metilo. BLANCO R.M R.M Ph=3 t =30 Rojo de Metilo; ph=3,42 ; T= 30 C 1,000 0,500 0, Longitud de onda Figura 1. Rojo de metilo y productos de degradación. 15

16 Porcentaje de germinación de las semillas Zea mays en los productos de degradación del colorante rojo de metilo. Tabla 4. Prueba de fitotoxicidad evaluada en semillas de Zea mays. Sustrato * Porcentaje de germinación Temperatura 30 C 40 C Agua 100* 100 Ácido Bórico 0 0 Rojo de metilo Extracto Enzimático Cultivo Celular

17 Trabajo Actual: Liberación del extracto enzimático directamente en el sustrato. Se introdujo la cepa de levadura en el sustrato para realizar la lisis por ultra sonido y descargar el extracto enzimático directamente en el medio. Resultados parciales. Tabla 5. Tiempo de degradación del colorante rojo de metilo con el extracto enzimático directamente. Temperatura ( C) Tiempo de degradación (horas) No detectado 17

18 Conclusiones El extracto enzimático que se extrajo de la cepa G. geotrichum L- 80 presenta capacidad de degradar el colorante rojo de metilo, lo cual sugiere que esta podría ser utilizada en el tratamiento de aguas residuales provenientes de la industria textil. Las temperaturas altas influyen negativamente en este proceso ya que inhiben la actividad enzimática del extracto y sus productos de degradación son fitotóxicos. El extracto enzimático extraído de la cepa G. geotrichum L-80 posee mayor actividad a ph ácidos. Al liberar el extracto enzimático directamente en el colorante este posee mayor eficiencia, observándose menores tiempos en el proceso de degradación del colorante. 18

19 Referencias Blanco A., Blanco G: Química biológica: Editorial El ateneo, P. Jadhav, S. U.; Kalme, S. D.; Govindwar, S. P Biodegradation of methyl red by Galactomyces geotrichum MTCC International Biodeterioration & Biodegradation, 62: AGUIRRE DÍAZ, Miriam: Degradación catalítica de contaminantes orgánicos mediante procesos Foto- Fenton UV-A/C/solar asistidos con ferrioxalato. España, 2010, 392 P. Tesis doctoral en Ingeniería Química. Universidad de Castilla-la Mancha. Departamento de Ingeniería Química. Weisburger, J. H Comments on the history and importance of aromatic and heterocyclic amines in public health. Mutation Research, :9 20 Banat, I. M.; Nigam, P.; Singh, D.; Marchant, R Microbial decolorization of textile-dye containing effluents: a review. Bioresource Technology, 58: van der Zee F. P Anaerobic azo dye reduction. Tesis de grado de Doctor en Ciencias Ambientales. Wageningen University, The Netherlands, pp Saratale, R. G.; Saratale, G. D.; Chang, J. S; Govindwar, S.P Bacterial decolorization and degradation of azo dyes: A review. Journal of the Taiwan Institute of Chemical Engineers, 42:

20 Gracias 20