Un modelo de gestión ambiental para biorremediar suelos contaminados con 1,1,1-tricloro-2,2-bis (4-clorofenil)-etano (DDT) mediante un reactor de lecho estático

Abstract

El DDT (1,1,1-tricloro-2,2-bis (4-clorofenil)-etano) constituye una gran parte de los plaguicidas en desuso, el cual se caracteriza por su alta resistencia a la degradación y que aún se encuentra almacenado en muchos países. Es considerado mundialmente como tema de interés investigativo debido principalmente a sus efectos colaterales en el medio ambiente y de salud a los cuales se le asocia. Medidas biocorrectoras se han empleado en la descontaminación de suelos hace décadas ofreciendo un gran potencial la estrategia de biorremediación. Esta amigable tecnología ofrece ventajas frente a otras tecnologías de carácter químico o físico para eliminar y/o reducir los niveles de concentración de plaguicidas clorados vertidos al suelo debido a su bajo costo. En la presente investigación se propuso un modelo de gestión ambiental para la degradación de DDT a través de estrategias de biorremediación en condiciones anaerobias. El estudio se realizó sobre un suelo agrícola perteneciente al municipio de Codazzi, Cesar, el cual contaba con un amplio historial de contaminación con DDT. El estudio constó de dos etapas, una primera desarrollada a escala de laboratorio y una segunda etapa a escala piloto. Para la primera etapa se evaluaron diferentes tratamientos de biorremediación en condiciones anaerobias: atenuación natural y la aplicación de estrategias de bioestimulación con adición de un co-sustrato: melaza y un aceptor de electrones, KNO3. Se evaluó la degradación del contaminante teniendo en cuenta la suplementación de nutrientes de forma individual y combinada. Para cada tratamiento se midieron variables de control como humedad, potencial redox, temperatura y recuento de colonias durante 33 días. Así mismo se midió la concentración de DDT inicial y final de cada tratamiento por cromatografía de gases. Se estableció una diferencia significativa en los tratamientos aplicados a escala de laboratorio. Para el tratamiento de atenuación natural la concentración de DDT se redujo en un 38.5% con respecto a la concentración inicial del suelo; un 72.3% para el tratamiento con adición de melaza; para el tratamiento con adición únicamente de KNO3 la concentración de DDT se redujo al 70.2 % y finalmente un porcentaje de remoción de 92.5 %, para el tratamiento con adición de melaza-KNO3, siendo este el tratamiento más efectivo. La segunda etapa consistió en evaluar la tasa de degradación de DDT en condiciones anaerobias aplicando la estrategia de bioestimulación seleccionada en la etapa 1 en un reactor de lecho estático (RLE). En el estudio se conservó el escalado geométrico de las bandejas, relación C:N:P y condiciones anaerobias. Se monitoreo la concentración de DDT cada 4 días durante un periodo de 4 semanas. La concentración final en el reactor se redujo en un 91.54 % con respecto a la concentración inicial. Se obtuvo una velocidad de biodegradación de 0.077 d-1 y un tiempo de vida media de 8.9 días. Se lograron aislar e identificar a través de pruebas bioquímicas y moleculares cepas microbianas predominantes al inicio y después del tratamiento de bioestimulación en el reactor. Como resultado, se identificaron secuencias para ambas cepas del género: Bacillus. Finalmente, con la información obtenida en el estudio investigativo se formuló un modelo de gestión ambiental que permitiera la incorporación de esta estrategia en la biorremediación de suelos contaminados con DDT.

Abstract: DDT (1,1,1-trichloro-2,2-bis (4-chlorophenyl) ethane) constitutes a large part of obsolete pesticides characterized by high resistance to degradation and is still stored in many countries. It is regarded worldwide as a subject of research interest mainly due of its side effects on the environment and health to which them are associated Bio-corrective measures have been used in soil decontamination for decades offering a great potential bioremediation strategy. This friendly technology offers advantages over other chemical or physical based technologies to eliminate and / or reduce the concentration levels of chlorinated pesticides discharges to ground due to its low cost. In this research is proposed an environmental model for the degradation of DDT through bioremediation strategies under anaerobic conditions. The study used a soil from Codazzi, Cesar which had a long history of DDT contamination. The study consists of two stages, the first stage was developed to laboratory scale where bioremediation treatments were evaluated in microcosm and a second stage to pilot scale where DDT contaminated soil were treated in a packed- bed reactor. For the first stage different bioremediation treatments were evaluated under anaerobic conditions: natural attenuation and implementation of biostimulation strategies with addition of a co-substrate: molasses and an electron acceptor KNO3. It was evaluated pollutant degradation considering the combination of both nutrients and individually. For each treatment control variables such as moisture, redox potential, temperature and colony counts were measured for 4 weeks. Also the initial and final concentration of DDT and end of each treatment by gas chromatography was measured. A significant difference was established in the treatments applied to laboratory scale, the concentration of DDT reduced 38.5% compared to the initial concentration of the soil by treating natural attenuation, treatment with addition of molasses concentration reduced DDT to 72.3%, for treatment with only adding KNO3 was reduced to 70.2% and finally for the treatment addition of molasses and KNO3 DDT concentration was reduced by 92.5%, which is the most effective treatment. The second stage involved to evaluate the strategy biostimulation selected in step 1 in a fix bed reactor. It was retained the geometric scaling of the trays, relation C:N:P and the anaerobic conditions. Similarly, DDT concentration was monitored every 4 days for a period of 4 weeks. The final concentration in the reactor was reduced by 91.54% compared to the initial concentration. It was shown that the kinetics of degradation of DDT is set to a first order kinetic model and daily disappears 0.077 d-1 parts of contaminant and half-life of 8.9 days. Predominant microbial strains were isolated and identified through tests biochemical and molecular tests in contaminated agricultural soil and soil after being applied biostimulation treatment. As a result, the following microorganisms were identified: Bacillus. Finally, with the information obtained in the experimentation was formulated a model of environmental management that allow the incorporation of this strategy in the bioremediation of soils contaminated with DDT.