F. YONNI, H. FASOLI, M. GIAI, H. ÁLVAREZ Estudio de la biodegradabilidad y ecotoxicidad sobre colorantes textiles Hig. Sanid. Ambient. 8: 331-334 (2008)
331
Higiene y Sanidad Ambiental, 8: 331-334 (2008)
Estudio de la biodegradabilidad y ecotoxicidad sobre colorantes textiles
F. YONNI, H. FASOLI, M. GIAI y H. ÁLVAREZ
Escuela Superior Técnica “Grl Manuel N Savio”. Cabildo 15. (1426). Ciudad Autónoma de Buenos Aires. Argentina. Telf.: (5411) 47793300. Correo-e: profyonni@yahoo.com.ar
INTRODUCCIÓN
3. Preparación, coloración, impresión y acabado
de una tela terminada.
Desde el año 1989, la industria textil fue
4. Fabricación de un producto final (prenda de
catalogada entre las diez principales actividades
vestir, artículos para el hogar, productos
generadoras de desechos tóxicos líquidos (EPA-
industriales, etc.).
1990) la mayoría de los cuales tienen como receptor
La generación de agua residual en una industria
final el medio acuífero. Dichos desechos tienen gran
textil se estima entre 100 y 140 mL por cada
variabilidad de componentes y carga contaminante.
kilogramo de producto teñido disperso (poliéster) y
Son fuertemente coloreados, deficientes en nutrientes y con una baja presencia de microorganismos [10].
entre 125 a 170 mL por kilogramo de producto coloreado (en forma directa o reactiva) de elevada
Estas aguas residuales son generalmente de naturaleza alcalina, con un elevado valor de demanda
toxicidad, algunos de los cuales, son sustancias carcinógenas y mutágenas [11].
biológica de oxígeno (DBO) y de demanda química
Por muchos años, el método empleado para tratar
de oxígeno (DQO). Son vertidas a temperaturas
dichos efluentes fue la aplicación de hipoclorito de
elevadas y pueden llegar a presentar metales pesados
sodio. Esta práctica no asegura la presencia de un
(procesos de teñido y acabado), agentes surfactantes,
efluente libre de contaminantes ya que los compues-
humectantes y otras sustancias químicas complejas
tos aromáticos pueden reaccionar con el hipoclorito
provenientes de diversos procesos a saber:
de sodio generando derivados policlorados no
1. Generación de fibras de origen natural
biodegradables, que resultan tanto o más tóxicos que
(algodón, lana, seda, etc.) o de fuentes
sus precursores. Para evitar esta problemática en los
manufacturadas (poliéster, rayón, nylon, etc.).
últimos años se han desarrollados técnicas de
2. Producción de hilo para telas tejidas.
tratamiento de efluentes que utilizan microor-
ganismos en alguna de las etapas del
TABLA 1. Características del agua residual de la industria textil
Proceso Propósito Compuestos presentes en el efluente textil
Directo y Coloración Coloración azul o verde (sales de cobre),
Reactivo del algodón agentes surfactantes, antiespumantes,
secuestrantes, agentes niveladores y
retardadores. Diluyentes, ácido acético,
fijadores.
Disperso Coloración Colorantes, ácido acético, EDTA, fosfatos,
de poliéster transportadores (benzoato de metilo,
benzoato de fenilo), lubricantes,
diluyentes, hidróxido de sodio, hidrosulfito
de sodio.
Impresión Rayón
Soluciones de urea
proceso. Los primeros trabajos que vin-
culan la eliminación de compuestos contaminantes mediante la actividad de ciertos microorganismos, se remiten a comienzos del siglo XX [12]. En éstos se observó que las parafinas (CnH2n+2) y el anillo de benceno pueden ser utilizados como fuente de carbono de algunos microorganismos, eliminándose dióxido de carbono y
agua. Desarrollos posteriores han demostrado que diversos sistemas bacterianos pueden ser utilizados para
oxidar gran variedad de compuestos
ISSN 1579-1734. Depósito legal GR-222/2002.
F. YONNI, H. FASOLI, M. GIAI, H. ÁLVAREZ Estudio de la biodegradabilidad y ecotoxicidad sobre colorantes textiles Hig. Sanid. Ambient. 8: 331-334 (2008)
332
con punto de ebullición mayor a 60°C como pueden ser sales de ácidos grasos, sales de ácidos orgánicos, glucosa, sacarosa, glicerina, peptona, alcoholes, caucho, celulosa, etc. Sin embargo en los años veinte, Lyman y Langwell [13] han observado algunas limitaciones en la degradación bacteriana de ciertos compuestos celulósicos, encontrando que determinadas bacterias necesitan de un tratamiento previ o de activación.
Si bien en la actualidad se ha generalizado el uso de sistemas bacterianos para el tratamiento de efluentes con elevada carga orgánica, su uso en forma masiva presenta cierta dificultad cuando se intenta oxidar hidrocarburos poliaromáticos de cinco o más anillos bencénicos, debido a la baja biodisponibilidad que presentan estos compuestos al ataque bacteriano. Ante esta dificultad se comienza a centrar la atención en otros microorganismos. En 1925, Heukelekian y
Sin embargo la mayoría de los colorantes sintéticos son considerados compuestos xenobióticos que se caracterizan por presentar características recalcitrantes a los procesos biodegradativos por lo que los efluentes que los contienen provocan severa contaminación de los cuerpos de aguas donde son descargados [7]. Es por ello que, durante los últimos años se ha investigado el uso de varias especies de hongos ligninoliticos como una herramienta a ser utilizada para degradar colorantes sintéticos por acción de sus sistemas enzimáticos extracelulares, ligninasas, peroxidasas o lacasas logrando en algunos casos mineralizarlos totalmente [8].
Dentro de esta línea de investigación, este trabajo sostiene la hipótesis de que la cepa Bjerkandera sp. BOS55 posee una potencial capacidad para degradar colorantes textiles resistentes al ataque bacteriano y que los productos generados en su decoloración disminuyen la ecotoxicidad del sistema.
MATERIAL Y MÉTODOS
Para el presente trabajo Bjerkandera sp. cepa BOS55 (ATCC 90940) fue cedida por el Departamento de Ingeniería Química de la Universidad de Santiago de Compostela (España). La misma fue mantenida a 4º C en cápsulas de Petri en medio Peptona-Extracto de Malta y transferida para su posterior uso a cápsulas de Petri con medio de cultivo Glucosa-Extracto de Malta. Las cápsulas fueron incubadas en estufa a 26º C durante 7- 13 días.
FIGURA 1. Bjerkandera sp. en estado natural.
Waksman [14] estudiaron la capacidad de hongos del suelo, Trichoderma y Penicillium, de degradar la celulosa a dióxido de carbono, empleando el grupo NH4+ como fuente de nitrógeno.
La mayoría de los tratamientos de efluentes líquidos que contienen colorantes sintéticos, y que se consideran eficientes, utilizan técnicas fisicoquímicas, tales como adsorción, oxidación química, precipitación, fotodegradación o filtración por membrana [1, 2]. Estas técnicas presentan para su utilización en industrias de pequeña a mediana producción serias restricciones por no ser consideradas métodos económicamente factibles por sus altos costos [3, 4]. Esto ha dado lugar a considerar el uso de sistemas bacterianos para el tratamiento de efluentes textiles logrando en algunos casos transformar determinados colorantes a productos no coloreados [5, 6].
TABLA 2. Medio de cultivo Malta -Glucosa
Extracto de malta MERCK ® 15,0 g
Agar nutritivo MERCK ®
3,5 g
Glucosa anhidra MERCK ®
10,0 g
Agua destilada c.s.p.
1,0 L
Luego de incubar para su crecimiento homogé neo, se utilizó como inóculo para los ensayos de decoloración, un cilindro plug de Bjerkandera de 5 mm de diámetro.
Para determinar la degradación de los colorantes se empleó medio nutritivo limitado de nitrógeno (según Tien y Kirk [9]), que contiene glucosa, tartrato de amonio (2,2 mM), acetato sódico (24 mM), 100 mL de medio mineral BIII y ajustando el pH a 4,5. Finalmente se añaden 10 mL de tiamina 200 ppm filtrada.
Se colocan en frascos de 100 mL alícuotas de 10 mL de medio nutritivo contaminado con cada colorante (previamente esterilizado en autoclave) y se inocularon los cilindros plug de Bjerkandera sp. cepa BOS55 (ATCC 90940), se incubó en condiciones estáticas en estufa, bajo presión atmosférica y a 26º C durante 7- 13 días.
Los colorantes utilizados (cedidos por la firma comercial Anilinas RIEGER S.A.) fueron negro directo 38 y rojo ácido 114 ambos con probadas
ISSN 1579-1734. Depósito legal GR-222/2002.
F. YONNI, H. FASOLI, M. GIAI, H. ÁLVAREZ Estudio de la biodegradabilidad y ecotoxicidad sobre colorantes textiles Hig. Sanid. Ambient. 8: 331-334 (2008)
333
características carcinogénicas (Chemical Sampling Information- U.S. Departament of Labor).
Su decoloración se cuantificó durante 14-18 días (desde la incubación del sistema: día 0) sobre una alícuota de 0,2 mL de muestra contaminada la que se diluyó 1:5 y se cuantificó por espectrometría ultravioleta/visible (SHIMADZU ® MultiSpec-1501) trabajando a longitudes de onda de 503 y 439 nm para el colorante rojo ácido 114, y de 504 y 369 nm para el colorante negro directo 38.
TABLA 3. Medio Mineral BIII según Kirk
y Tien
K2HPO4 MgSO4 CaCl2 Solución de elementos trazas (*)
20,0 g 5,0 g 1,0 100 mL
Agua destilada esterilizada csp. 1000 mL
Mgso4 Mnso4 NaCl
3,0 g 0,5 g 1,0 g
FeSO4.7H2O CoCl2 ZnSO4.7H2O CuSO4 H3BO3 Na2MoO4.2H2O AlK(SO4)2.12H2O Nitrilotriacetato
0,1 g 0,1 g 0,1 g 0,1 g 0,01 g 0,01 g 0,01 g 1,50 g
Agua destilada esterilizada csp. 1000mL
(*) Elementos trazas (por litro)
La evaluación de la ecotoxicidad de los medios contaminados con colorantes, con y sin degradar, se cuantificaron a través de la DL50 a 24 horas (Método: Trimmed-Spearman-Karber /Montana State University) de Artemia salina trabajando con alícuotas de 10
mL en tubos de ensayo y por cuadruplicado, con cinco (5) individuos por tubo.
TABLA 4. Dosis Letal 50 (DL50) con Artemia salina
Tipo de Medio
Antes de Después
siembra de 14 días
(dilución) (dilución)
Medio nutritivo sin 1:10
1:10
contaminar (blanco)
Medio contaminado 1:100
1:20
con negro directo 38
Medio contaminado 1:100
1:30
con rojo ácido 114
RESULTADOS
Las Figuras 5 y 6 muestran la variación de absorbancia en función del tiempo para el colorante rojo ácido 114 (503/439 nm) y para el negro directo 38
FIGURA 2. Estructura química del negro Directo 38
FIGURA 3. Estructura química del rojo ácido 114
FIGURA 4. Artemia salina (504/369 nm) respectivamente y a las longitudes de onda ensayadas.
La dosis letal 50 (DL50) con Artemia salina ensayada sobre el sistema del medio nutritivo contaminado con los colorantes antes y después de 14 días de decoloración por Bjerkandera sp. cepa BOS55 (ATCC 90940) arrojó los resultados expresados en la tabla 4. CONCLUSIONES
El análisis de los valores cuantificados (mostrados en las Figuras 5 y 6 y en la Tabla 4) permiten concluir que se verifica la hipótesis de que la cepa Bjerkandera sp. BOS55 posee capacidad para
ISSN 1579-1734. Depósito legal GR-222/2002.
F. YONNI, H. FASOLI, M. GIAI, H. ÁLVAREZ Estudio de la biodegradabilidad y ecotoxicidad sobre colorantes textiles Hig. Sanid. Ambient. 8: 331-334 (2008)
334
variación de absorbancia
Medio contaminado con Rojo Acido 114 2,5
2
1,5
1
0,5
0
0
2
4
6
8
10
12
14
16
días
FIGURA 5. Decoloración del rojo ácido 114
Medio contaminado con Negro Directo 38
variación de absorbancia
1,4
1,2
1
0,8
0,6
0,4
0,2
0
0
2
4
6
8
10
12
14
16
días
FIGURA 6. Decoloración del negro directo 38
degradar colorantes textiles resistentes al ataque bacteriano y que los productos generados en su decoloración disminuyen la ecotoxicidad del sistema. Además se encontró que, Bjerkandera decoloró más rápidamente el medio contaminado con rojo ácido 114 que al medio contaminado con negro directo 38 y que ambos medios contaminados con colorantes, una vez decolorados, resultaron considerablemente menos tóxicos que los sistemas originales; y el sistema contaminado con negro directo 38 decolorado resultó levemente menos tóxico que el contaminado con rojo ácido 114.
BIBLIOGRAFÍA
[1] Yeh RYL, Thomas A (1995) Color difference measurement and color removal from dye wastewaters using different adsorbents. J Chem Tech Biotechnol 63:55–59
[2] Churchley JH (1994) Removal of dyewaste colour from sewage effluent- the use of a full scale ozone plant. Water Sci Tech 30:275–284
[3] Rodman, C.A.: Removal of colour from textile dye wastes. Textile Chemist and Colorist 3 (1971) 45-53
[4] Anliker, R.: Ecotoxicology of dyetuff ± a joint effort by industry. Ecotoxicol. Environ. Saf. 3 (1979) 59-74
[5] Shaul GM, Holdsworth TJ, Dempsey CR, Dostal KA (1991) Fate of water soluble azo dyes in the activated sludge process. Chemosphere 22:107– 119
[6] Gill PK, Arora DS, Chander M (2002) Biodecolorization of azo and triphenylmethane dyes by Dichomitus aqualens and Phlebia spp. J Ind Microbiol Biotechnol 28:201–203
[7] Robinson, T., Chandran, B. & Nigam, P. 2001 Studies on the decolorization of an articial textile eluent by white-rot fungi in N- rich and N- limited media. Applied Microbiology and Biotechnology 57, 810–813.
[8] Pointing, S.B. 2001 Feasibility of bioremediation by white-rot fungi. Applied Microbiology and Biotechnology 57, 20–33.
[9] Tien, M. & Kirk, T.K. 1988 Lignin peroxidase of Phanerochaete chrysosporium. Methods in Enzymology 161, 238–249.
[10] Crespi M., “tratamientote aguas residuales del sector textil”, Revista Galaxia 164, 1999-3, 49-53.
[11] Spadaro, J., Gold, M., y Renganathan, V., “Degradation of azo dyes by the lignindegradaing fungus Phanaerochatae Chrysospurium”, Appl. Environ. Microb., Vol. 58, Ago 1992,2397-2401.
[12] Von Dr. N. L. Shöhngen., ”Benzin, Petroleum, Paraffinöl und Paraffin als Kohenstoff – und Energiupelle für Miktoben”.
[13] Lyman A. H., Langwell H., ”Action of bacteria on cellulosic materials”, J. Soc. Chem. Ind. 42, 1923, 279-287.
[14] Heukelekian H., Waksman S. A., “Carbon and nitrogen transformation in the descomposition of cellulose by filamentous fungi”, J. Biol. Chem. 66, 1925, 323-342.
ISSN 1579-1734. Depósito legal GR-222/2002.
Ver+/-
