Grupo 4. Taller 3 Área R: Reutilización de Aguas para la Recarga de Acuíferos y Riegos

Transcripción

1 Grupo 4 Laboratorio de Ecotoxicología Departamento de Medio Ambiente INIA Crta. La Coruña km Madrid Taller 3 Área R: Reutilización de Aguas para la Recarga de Acuíferos y Riegos Utilización de los Sistemas MS 3 en la Evaluación de Riesgo Ambiental del Uso de Efluentes de Depuradoras para el Riego en Agricultura

2 Ensayos ecotoxicológicos específicos de alto nivel: Sistemas MS 3 Columnas de suelo natural tamizado, con poblaciones de microorganismos, al que se incorporan plantas, invertebrados. Después de 21 días de exposición a contaminantes, se valoran los efectos sobre las especies y poblaciones de los microorganismos del suelo. Suelo Lixiviados LOMBRICES PLANTAS MICRORGANISMOS ALGAS DAPHNIAS PECES (in vitro)

3 Aplicación de la sustancia El modo de aplicación del contaminante varía en función de las rutas de exposición (o escenarios) que se vayan a estudiar: 1. Aplicación superficial 2. Aplicación por mezcla en el primer horizonte 3. Aplicación simulando excretas animales 4. Aplicación homogénea en todo el suelo 5. Aplicación en agua de riego

4 Condiciones ambientales Tiempo de exposición: 21 días Frecuencia de la exposición (continua, riego diario) Temperatura: 20 ± 2 ºC Fotoperiodo: 16 horas luz / 8 horas oscuridad Iluminación lux (± 15% variación) Tipo de agua ( Efluente EDAR) Cantidad de agua de riego/día simulación de pluviometría: Condiciones atlánticas: mm /año

5 Valoración de efectos ENSAYOS BIOLÓGICOS Tiempo (días) PLANTAS Invertebrados Perfil I (0-5 cm) LIXIVIADO

6 Plantas terrestres MONOCOTILEDÓNEAS PLANTAS DICOTILEDÓNEAS Triticum aestivum Vicia sativa Brassica napus Relación monocotiledóneas : dicotiledóneas 1 : 2 10 plantas por especie y concentración

7 Invertebrados y microorganismos del suelo Incorporados a la columna Invertebrados En el propio suelo Perfiles (0-20cm)

8 Parámetros de toxicidad PLANTAS % Germinación Número de plantas viables Biomasa fresca Biomasa seca Longitud de la parte aérea

9 Parámetros de toxicidad Perfil I (0-5 cm) Actividades enzimáticas: o Deshidrogenasa o Fosfatasa Mineralización del Carbono Mineralización del Nitrógeno Microorganismos

10 Lixiviados: organismos en los bioensayos Invertebrados acuáticos (Daphnia magna) Algas (Chlorella vulgaris) Cultivos celulares peces (línea RTG2) (Oncorhynchus mykiss)

11 Caracterización analítica Suelo: Acumulación y distribución de contaminantes en diferentes perfiles Invertebrados: Acumulación de contaminantes Plantas: Acumulación de contaminantes en diferentes partes: raíz, partes aéreas Cálculo de BCFs Lixiviados: Movilidad de contaminantes, riesgo de aparición en aguas profundas

12 Aplicación de los MS 3 Utilización de un efluente procedente de la EDAR de Alcalá de Henares para el riego diario de MS 3

13 Esquema del desarrollo del ensayo Plantas Suelo Lombrices Lixiviados

14 DISEÑO EXPERIMENTAL Saturación y Riego Orden Columna 1 Control 2 Control 3 Control 4 Control 5 Control 6 Control 7 Manantial + EDAR 8 Manantial + EDAR 9 Manantial + EDAR 10 Manantial + EDAR 11 Manantial + EDAR 12 Manantial + EDAR 13 EDAR + EDAR 14 EDAR + EDAR 15 EDAR + EDAR

15 Tabla 1. Caracterización del efluente EDAR 4ª Reunión Programa Consolider TRAGUA Junio 2009, Alicante Fisico-químicos y metales Parámetro Conc. ph 7.5 CE µs/cm Ca (mg/l) 49.7 Mg (mg/l) Dureza (mg CaCO 3 /L) C total (mg/l) C inorgánico (mg/l) 77.1 Cl libre (mg/l) 0.03 Cl total (mg/l) 0.04 NO3- (mg/l) NO2- (mg/l) NH4+ (mg/l) 0.17 N total (mg/l) 41 Metal Cloro libre Valores (mg/l) límite mg/kg ps 0.03 Cloro total (mg/l) 0.04 Cadmio Boro (mg/l) Cobre Mercurio (µg/l) < 0.01 Cobre (µg/l) < 5 Níquel Plomo (µg/l) < 1.25 Plomo Cadmio (µg/l) < 0.3 Zinc (µg/l) < 30 Zinc Ni (µg/l) 9.35 Mercurio Cr (µg/l) RD 1310/1990 (trasposición de la directiva 86/278CEE ) FÁRMACO ng/l SULFADIMETOXINE N.D. PARAXANTHINE SULFAMETHOXAZOLE ACETAMINOPHEN N.D. PROCHLORPERAZINE CHLORPROMAZINE 6.06 FLUPHENAZINE METOPROLOL FLUOXETINE CARBAMAZEPINE CAFFEINE DIPHENYLHYDANTOIN PROPANOLOL TRIMETOPRIM ATENOLOL BEZAFIBRATE CLOFIBRATE N.D. DICLOFENAC HIDROCHLOROTIAZIDE IBUPROFEN NAPROXEN AC. SALICILICO N.D. KETOPROFEN

16 Tabla 2. Caracterización química de las aguas utilizadas para el riego de los MS 3 AGUA UTILIZADA EN RIEGO MS 3 Parámetro Agua Manantial Efluente EDAR Cl 2 libre (mg/l) Cl 2 total (mg/l) Carbono Total (mg/l) Carbono inorgánico (mg/l) Ca (mg/l) Mg (mg/l) Dureza (CaCO 3 ) (mg/l) ph Conductividad (µs/cm) Nitrato (mg/l NO3-) Nitrito (mg/l NO2-) Amoníaco (mg/l NH3) Nitrógeno Total (mg/l)

17 Tabla 3. Análisis de fármacos en el efluente y lixiviados (tiempos 0 y 21 días) de MS 3 regados con efluente EDAR EFLUENTE EDAR tiempo cero tiempo 21 días Columnas (1-6) Columnas (7-12) Columnas (13-15) Columnas (1-6) Columnas (7-12) Columnas (13-15) ng/l Media (ng/ml) DS Media (ng/ml) DS Media (ng/ml) DS Media (ng/ml) DS Media (ng/ml) DS Media (ng/ml) DA Sulfadimetoxine N.D. N.D. N.D. N.D. N.D. N.D. N.D. Paraxantine Sulfametoxazol N.Q N.Q Acetaminofen N.D. N.D. N.D. N.D. N.D. N.D. N.D. Procloroperazine Cloropromazine 6.06 N.Q Flufenazine N.D. N.D. N.D. N.D. N.D. N.D. Metoprolol N.D. N.D. N.D. N.D Fluoxatine N.Q Carbamazepine N.D. N.D. N.D. N.D Cafeína Difenilhidantoína N.D. N.D Propanolol N.Q N.Q N.Q Trimetropim N.D. N.D. N.D. N.D. N.D. N.D. Atenolol N.Q N.D. N.D Bezafibrate N.D. N.D N.D. N.D. N.D. Clofibrate N.D. N.D. N.D. N.D. N.D. N.D. N.D. Diclofenac N.D N.D. Hidroclorotiazide N.Q N.D Ibuprofen N.D. N.D. Naproxeno N.D N.D Ac. Salicílico N.D. N.D. N.D. N.D. N.D. N.D. N.D. Ketoprofen N.D N.D.

18 Tabla 4. Efectos del efluente EDAR sobre microorganismos del suelo µg Formazán/kg suelo Actividad DH 6.14% Suelo Control Control Talamanca Manantial + EDAR EDAR + EDAR (a) p<0.05; (b) p<0.01; (c) p<0.001 t=0 t=21 *22% (b)

19 Tabla 5. Efectos del efluente EDAR sobre microorganismos del suelo µg MU/kg suelo (a) p<0.05; (b) p<0.01; (c) p<0.001 Actividad fosfatasa (c) Control Manantial +EDAR EDAR +EDAR 0 días 21 días (c)

20 Tabla 6. Efectos del efluente EDAR sobre los microorganismos del suelo mgco2/100 g suelo (a) p<0.05; (b) p<0.01; (c) p<0.001 Tasa de Respiración 6.5% Suelo Control Control Talamanca manantial + EDAR EDAR + EDAR T=0 T=21 * (b) 15%

21 Tabla 7. Concentración de metales en el perfil superior del suelo de los MS 3 después de 21 días de riego con el efluente EDAR b a a µg Hg/kg µg Cd/kg mg Cr/kg mg Cu/kg mg Ni/kg mg Pb/kg mg Zn/kg (a) p<0.05; (b) p<0.01; (c) p<0.001 Suelo Control Talamanca Manantial + + EDAR EDAR + EDAR c c b b

22 Tabla 8. Concentración de metales en lombrices (21 días de riego efluente EDAR) mg/kg p.s (a) p<0.05; (b) p<0.01; (c) p<0.001 Cu dividido x factor de 100, Zn expresado en g/kg ps b Cd Cu Cr Pb Zn Hg Control Talamanca Manantial + + EDAR EDAR + EDAR b

23 Tabla 9. Semillas germinadas después de 21 días de riego con efluente EDAR % Germinacíon semillas a Control Manantial+EDAR EDAR + EDAR (a) p<0.05; (b) p<0.01; (c) p<0.001 T aestivum V sativa B rapa

24 Tabla 10. Longitud plantas después de 21 días de riego con efluente EDAR cm Longitud parte aérea 50 a b b Control Manantial+EDAR EDAR + EDAR (a) p<0.05; (b) p<0.01; (c) p<0.001 T aestivum V sativa B rapa

25 Tabla 11. Biomasa plantas después de 21 días de riego con efluente EDAR mg (a) p<0.05; (b) p<0.01; (c) p<0.001 Peso fresco c c Control Manantial+EDAR EDAR + EDAR T aestivum V sativa B rapa c c a

26 Tabla 12. Concentración de metales en plantas de trigo de los MS 3 después de 21 días de riego con el efluente EDAR mg/kg p.s (a) p<0.05; (b) p<0.01; (c) p<0.001 c a Cd Cu Pb Zn Hg c Control Talamanca Manantial+EDAR EDAR + EDAR + EDAR Cd y Hg expresados en µg/kg ps. Cu dividido x factor de 100. Zn expresado en g/kg ps b

27 Tabla 13. Concentración de metales (µg/l) en los lixiviados recogidos a tiempos 0 y 21 días 4ª Reunión Programa Consolider TRAGUA Junio 2009, Alicante Lixiviados de los MS 3 regados con efluente EDAR (microondas) junio 2008 Cd µg/l Pb µg/l Cu µg/l Ni µg/l Zn µg/l Cr µg/l Hg µg/l Tratamiento t=0 t=21 t=0 t=21 t=0 t=21 t=0 t=21 t=0 t=21 t=0 t=21 t=0 t=21 Suelo Control <0.10 <0.10 <2 < <30 < <0.01 <0.01 Suelo Control <0.10 <0.10 <2 < <30 < <0.01 <0.01 Suelo Control <0.10 <0.10 <2 < <30 < <0.01 <0.01 Suelo Control <0.10 <0.10 <2 < <30 < <0.01 <0.01 Suelo Control <0.10 <0.10 <2 < <30 < <0.01 <0.01 Suelo Control <0.10 <0.10 <2 < <30 < <0.01 <0.01 Manantial + EDAR < <2 < <30 < <0.01 <0.01 Manantial + EDAR <0.10 <0.10 <2 < <30 < <0.01 <0.01 Manantial + EDAR <0.10 <0.10 <2 < <30 < <0.01 <0.01 Manantial + EDAR <0.10 <0.10 <2 < <30 < <0.01 <0.01 Manantial + EDAR <0.10 <0.10 <2 < <30 < <0.01 <0.01 Manantial + EDAR <0.10 <0.10 <2 < <30 < <0.01 <0.01 EDAR + EDAR < <2 < NA <30 < <0.01 <0.01 EDAR + EDAR <2 < <30 < <0.01 <0.01 EDAR + EDAR <2 < <30 < <0.01 <0.01 Para los valores de Cu y Ni a tiempos 0 y 21 días se realizó una ANOVA, a continuación se muestran los valores de p obtenidos Cu Ni Tratamiento t=0 t=21 t=0 t=21 Suelo Control - Manantial+ EDAR Suelo Control - EDAR +EDAR Manantial + EDAR - EDAR+EDAR p= p= p=0.0225

28 Tabla 14. Ensayos de toxicidad sobre Daphnia magna Toxicidad D. magna Efluente DL 50 > 10% Lixiviados: No Toxicidad EFLUENTE EDAR Y LIXIVIADOS ENSAYO MS 3 Tratamiento Nº Daphnias Nº Daphnias vivas muertas % Daphnias vivas muertas Control Control Efluente EDAR10% Efluente EDAR10% Efluente EDAR 1% Efluente EDAR 1% Efluente EDAR 0.1% Efluente EDAR 0.1% TIEMPOS T=0 y T=21 Control Control Control Control Control Control Control Control Control Control Control Control Manantial+EDAR Manantial+EDAR Manantial+EDAR Manantial+EDAR Manantial+EDAR Manantial+EDAR Manantial+EDAR Manantial+EDAR Manantial+EDAR Manantial+EDAR Manantial+EDAR Manantial+EDAR EDAR+EDAR EDAR+EDAR EDAR+EDAR EDAR+EDAR EDAR+EDAR EDAR+EDAR

29 Tabla 15. Ensayos de toxicidad sobre algas: Chlorella vulgaris Resultados test de Chlorella vulgaris en efluente y lixiviados Media Absorbancia T-0 y T-72 h Ab =0 h Ab=72 h Incremento % inhibición % crecimiento Actual Más Alto Más Alto 2º más Alto 2º más Alto C Labo Muestra Efluente EDAR 10% Grupo Grupo Prob Valor Grupo Prob. Valor Efluente EDAR 1% No tóxico No tóxico Tóxico Efluente EDAR 0.1% Indefinido Indefinido Tóxico LIXIVIADOS T=0 3 Indefinido Indefinido Tóxico Control Labo Controles (1-6) 4 Tóxico *No tóxico Tóxico Talamanca+ EDAR (7-12) 5 Indefinido Indefinido No tóxico EDAR +EDAR (13-15) No tóxico No Inhibición tóxico frente al control ensayo Indefinido Controles (1-6) Talamanca+ EDAR (7-12) No tóxico No tóxico Indefinido EDAR +EDAR (13-15) Clasificación muestras desconocidas: LIXIVIADOS T=21 Control Labo EDAR 0.07 Tóxico No tóxico Controles (1-6) Talamanca+ EDAR (7-12) *= clasificados incorrectamente EDAR +EDAR (13-15) Inhibición frente al control ensayo Controles (1-6) Talamanca+ EDAR (7-12) EDAR +EDAR (13-15)

30 Ensayos de toxicidad in vitro Ensayos realizados en la línea celular RTG2(ATCC CCL55), fibroblastos de gónada de trucha Los ensayos se han realizado en: Efluente EDAR Parámetros considerados: Rojo Neutro Actividad EROD Nivel de proteínas Actividad ßGAL Lixiviados del ensayo con MS 3 regados con efluente EDAR

31 absorb fluoresc Tabla 16. Ensayos de toxicidad in vitro RN (2) tiempo 21 CM Efluente C negat C- + Eflu Eflu + Eflu CM C negat Ef lu + Ef lu Rojo Neutro Efluente C- + Ef lu Bgal (2) tiempo min fluoresc absorb EROD CM C negat Ef lu + Ef lu Efluente C- + Eflu EROD (2) tiempo min No aparecen ßGAL efectos citotóxicos (RN / Proteínas) Proteínas No efectos sobre actividades enzimáticas (EROD y ßGAL) proteina (1) tiempo 21 CM Efluente C negat C- + Eflu Eflu + Eflu

32 Tabla 17. Resumen de los efectos del efluente EDAR sobre invertebrados, plantas y microorganismos Efectos sobre organismos en MS 3 regados con efluente EDAR Media ± desviación standard Saturación agua manantial Saturación agua EDAR Riego con agua EDAR Riego con agua EDAR Parámetro Especie Fecha Control E- E+ E. fetida mortalidad (%) E. fetida biomasa (mg) día E. fetida pérdida biomasa (%) día Germinación semillas T. aestivum 90± ± V. sativa 98.3 ± ± 5.8 B. rapa ± ± 11.5* Longitud tallo (cm) T. aestivum 29.0 ± ± 4.9** 26.3 ± 4.2** V. sativa 41.2 ± ± 4.0* 39.5 ± 3.3 B. rapa 11.7 ± ± ± 2.8 Peso fresco (mg) T. aestivum ± ± 51.04*** ± 42.9*** V. sativa ± ± 42.2*** ± 34.2*** B. rapa ± ± ± 53.3 Actividad DH día ± ± ± 15.1 ** Actividad Fosfatasa día ± ± 1.3 *** 21.6 ± 0.4 *** Tasa de Respiración día ± ± ± 0.3 ** *p<0.01; ** p<0.05; *** p<0.001

33 Nº Orden TOXICIDAD DE MUESTRAS DE DEPURADORAS Descripción DE 50 (% dilución) Tox. Aguda D. magna Tox. Aguda C. vulgaris EC 50 (% dilución) RTG-2 Citotoxicidad Citocromo R.N Proteínas β-gal EROD 54 DEPURBAIX ( ) Influ. 3º > 10 % No Toxico > 75 % > 75 % > 75 % Inducción 55 DEPURBAIX ( ) Eflu. 3º > 10 % No Toxico > 75 % > 75 % > 75 % Inducción 56 EDAR El Ejido ( ) Eflu > 10 % No Toxico > 75 % > 75 % > 75 % Inducción 57 EDAR PRAT ( ) Influ 3º > 10 % No Toxico EDAR PRAT ( ) Eflu 3º > 10 % No Toxico Depósito agua a inyector ( ) > 10 % No Toxico > 75 % > 75 % > 75 % > 75 % 60 Depósito agua a inyector ( ) > 10 % No Toxico > 75 % > 75 % > 75 % > 75 % 61 Depósito agua a inyector ( ) > 10 % No Toxico > 75 % > 75 % > 75 % > 75 % 62 Depósito agua a inyector ( ) > 10 % Indefinido > 75 % > 75 % > 75 % > 75 % 63 Depósito agua a inyector ( ) > 10 % No Tóxico > 75 % > 75 % > 75 % > 75 % 64 Depósito agua a inyector ( ) > 10 % Tóxico > 75 % > 75 % > 75 % > 75 % - No analizado

34 CONCLUSIONES Los sistemas MS 3 son una herramienta útil para conocer los efectos que la reutilización de los efluentes de EDARs, aplicados en suelos agrícolas, puedan tener sobre los organismos terrestres. El método de valoración de la toxicidad de algas (Chlorella vulgaris) expuestas al efluente, suministra información que ha sido ratificada con los ensayos en sistemas MS 3