Download Diapositiva 1 - Segundo Congreso Nacional de Ciencias Ambientales

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. Hernández1, J.C. Muñoz1 , N. Ortega1, J. Delgado1 , C.D Grande1
1Universidad
San Buenaventura Cali
[email protected] , [email protected] , [email protected]
1
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: es.wikipedia.org
2
Fuente: www.cucei.udg.mx
Tipo de vertimientos
Industriales
Domésticos
- Potencialmente contaminantes
- Aguas negras
- Altas cargas contaminantes
- Aguas de lavado doméstico
- Altas cargas de sólido
- Aguas de limpieza de calles
- Bajas cargas orgánicas y/o sólidos
- Aguas de lluvia y lixiviados
- Corrosivos
- Térmicas
Fuente: www.repository.upb.edu.co:8080/jspui/bitstream/123456789/51/1/digital_15337.pdf
3
Métodos de decoloración y degradación
Fuente: www.3dminc.com
Químicos
Oxidación, electrólisis,
ozonólisis.
Fuente: es.wikipedia.org
Físicos
Filtración, coagulación,
ósmosis, floculación,
inversa, adsorción.
4
Fuente: www.goconqr.com
Biológicos
Microorganismos,
enzimas.
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
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
Metodología
Crecimiento de la cepa
• La cepa G. geotrichum se inoculó en 100 ml de medio lácteo estéril.
Fuente: El autor.
Fuente: El autor.
Cámara de Neubauer:
Conteo
de
células
disponibles.
Incubación: 120 rpm;
72 horas; 25 °C.
7
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.
Fuente: El autor.
Fuente: El autor.
Centrifugación: 9000
rpm/10 min; 4 °C.
8
Fuente: El autor.
Ultrasonido: 9 ciclos
de 1 minuto cada uno
con intervalos de 2
minutos; 4 °C.
Fuente: El autor.
Centrifugación: 9000
rpm/15 min; 4 °C.
Filtración
9
Fuente: El autor.
Liofilización
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)
1
0
2
1,7
3
3,4
4
6,8
5
10,3
Fuente: El autor.
10
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.
Fuente: El autor.
Fuente: El autor.
11
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.
Fuente: El autor.
12
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)
1,7
144
3,4
120
6,8
120
10,3
96
Fuente: El autor.
Tabla 2. Variación del tiempo de acuerdo a la concentración
de enzima agregada.
13
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
Absorbancia del rojo de metilo y sus productos de degradación.
2,500
Blanco Rojo de Metilo.
BLANCO
R.M
R.M
Ph=3
Rojo
de Metilo; pH=3,42 ; T= 30°C
t°=30
2,000
Absorbancia
1,500
1,000
0,500
0,000
300
400
500
600
Longitud de onda
Figura 1. Rojo de metilo y productos de degradación.
15
700
800
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.
Temperatura
Sustrato
Agua
Ácido Bórico
Rojo de metilo
Extracto Enzimático
Cultivo Celular
30 °C
40 °C
100*
0
94
97
137
100
0
92
74
49
* Porcentaje de germinación
Fuente: El autor.
16
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)
30
40
50
Tiempo de degradación (horas)
18
24
No detectado
Fuente: El autor.
17
Conclusiones
• El extracto enzimático que se extrajo de la cepa G. geotrichum L80 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
Referencias
•
•
•
•
•
•
•
Blanco A., Blanco G: Química biológica: Editorial El ateneo, 2011. 125 P.
Jadhav, S. U.; Kalme, S. D.; Govindwar, S. P. 2008. Biodegradation of methyl red by
Galactomyces geotrichum MTCC 1360. International Biodeterioration & Biodegradation, 62:
135-142.
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. 2002. Comments on the history and importance of aromatic and
heterocyclic amines in public health. Mutation Research, 506–507:9–20
Banat, I. M.; Nigam, P.; Singh, D.; Marchant, R. 1996. Microbial decolorization of textile-dye
containing effluents: a review. Bioresource Technology, 58: 217-227
van der Zee F. P. 2002. Anaerobic azo dye reduction. Tesis de grado de Doctor en Ciencias
Ambientales. Wageningen University, The Netherlands, pp. 142.
Saratale, R. G.; Saratale, G. D.; Chang, J. S; Govindwar, S.P. 2011. Bacterial decolorization and
degradation of azo dyes: A review. Journal of the Taiwan Institute of Chemical Engineers, 42:
138–157
19
Gracias
20