RESPUESTAS DE TOXICIDAD DE BIOENSAYOS EMPLEADOS EN LA EVALUACIÓN DE AGUAS RESIDUALES DE LA INDUSTRIA Victor GARCÍA GONZALEZ1, Juan Carlos SÁNCHEZ MEZA1, Víctor Francisco PACHECO SALAZAR1, Clemente de Jesús ÁVILA GONZALEZ2, Thelma B PAVÓN SILVA1, Patricia GUERRERO GONZALEZ2 1

Facultad de Química, Universidad Autónoma del Estado de México, Toluca, México, Apdo. postal 2-20, (722)2173890. 2Planta de Tratamiento de Aguas RECICLAGUA S.A. de C.V., Lerma, Méx. (Correo Electrónico: [email protected] y/o [email protected]) Palabras clave: Daphnia, Lactuca, correlación, parámetros fisicoquímicos RESUMEN

Los bioensayos son herramientas adecuadas para evaluar los efectos tóxicos de mezclas complejas como son las descargas de aguas residuales industriales El análisis de toxicidad permite identificar criterios para el control de los efluentes de plantas de tratamiento de aguas residuales. El objetivo de este trabajo fue evaluar la toxicidad de un sistema de tratamiento de lodos activados, que recibe aguas residuales de 135 industrias, empleando los bioensayos de inmovilización con Daphnia pulex y la inhibición de la elongación de la raíz de Lactuca sativa, y la relación de la toxicidad presente con los parámetros fisicoquímicos: DQO, DBO5, SST, N-total y N-NH3. Se obtuvieron muestras de la salida de clarificadores primarios (CP), licor de mezclado (LM) y salida de clarificadores secundarios (CS). Los valores promedio de toxicidad, empleando el bioensayo con Daphnia pulex en CP fueron de 2.11 U.T.a. y en CS de 1.25 U.T.a., disminuyendo la toxicidad después del tratamiento del agua residual. Sin embargo la toxicidad con Lactuca sativa no disminuyó significativamente después del tratamiento. Se observó una tendencia directa al correlacionar los datos de los parámetros fisicoquímicos con respecto a la toxicidad con Daphnia pulex en CS. Con Lactuca sativa se encontró una tendencia inversa en CS al correlacionar toxicidad con respecto a los parámetros fisicoquímicos. Los resultados indican que pueden permanecer en el agua residual tratada sustancias capaces de producir toxicidad. La diferencia en las respuestas de los bioensayos sugiere la necesidad de incorporar una batería de pruebas que considere bioensayos que determinen toxicidad acuática como terrestre. INTRODUCCIÓN Debido al incremento en la población, el desarrollo industrial y la producción agrícola intensificada, se han liberado enormes cantidades de contaminantes al medio ambiente, deteriorando los cuerpos de agua; por lo que es necesario desarrollar estrategias para reducir y prevenir su contaminación (Díaz, B.M., et.al., 2002). Los bioensayos son herramientas adecuadas para evaluar los efectos tóxicos de mezclas complejas como son las descargas de aguas residuales 1

industriales (Schmit, 2005.), las pruebas fisicoquímicas no resultan suficientes para valorar los efectos potenciales sobre la biota acuática y terrestre de las aguas residuales provenientes de efluentes industriales (Eckenfelder, 2000). Existe una amplia necesidad de desarrollar baterías de bioensayos plenamente estandarizados que sean precisos y trazables para que los resultados de las mediciones de toxicidad sean certificadas. (Dalzell, et.al., 2001) Es conocido que organismos con el mismo y diferente nivel trófico responden de forma distinta a un amplio rango de contaminantes, solos o en mezclas, de ahí que se deba utilizar una batería de bioensayos en la evaluación de toxicidad de aguas residuales (Chapman, 2000). La normatividad en México (NOM-001-SEMARNAT-1996) para la descarga de aguas residuales en cuerpos de agua incorpora mediciones de parámetros fisicoquímicos como: pH, temperatura, sólidos suspendidos y sedimentables, compuestos de carbono (DBO5 y DQO), fósforo, nitrógeno, metales pesados y microorganismos patógenos: coliformes fecales y huevos de helminto. La normatividad con respecto a la evaluación de la toxicidad es mínima, sólo se cuenta con tres bioensayos: Daphnia magna, Artemia franciscana y Photobacterium phosphoreum los cuales están orientados a determinar toxicidad acuática; no hay bioensayos normalizados para evaluar toxicidad terrestre. El propósito de este estudio fue evaluar la toxicidad de un sistema de tratamiento de aguas residuales de origen industrial, empleando los bioensayos de inmovilización con Daphnia pulex. y la inhibición de la elongación de la raíz de Lactuca sativa; y la relación de los datos de toxicidad con los parámetros fisicoquímicos:DQO, DBO5, SST, N-total y N-NH3. Daphnia pulex es un organismo dulceacuícola, de amplia importancia ecológica que forma parte de los primeros niveles de las cadenas tróficas, siendo un excelente indicador de toxicidad acuática. Lactuca sativa (semilla de lechuga) es un bioindicador de toxicidad terrestre, que puede evidenciar el efecto de las aguas residuales en su uso posterior para riego agrícola. La planta de tratamiento en estudio está ubicada en el margen izquierdo del Río Lerma, en Lerma, México. Funciona a través de un proceso aerobio con lodos activados; sirve a 135 empresas del corredor industrial del Valle de Toluca y del Parque Industrial Lerma; da tratamiento a aproximadamente 400 L/s de aguas residuales. Recibe aguas de industrias del giro: químico, mecánico, curtiduría, farmacéutico, textil, alimenticio, plásticos y automotriz, esto origina que aumente el nivel de complejidad para su tratamiento. En algunos tipos de aguas residuales industriales se ha reportado que: a mayor concentración de DQO en el efluente se presenta una mayor toxicidad (Eckenfelder, 2000); sin embargo, se ha encontrado que en ocasiones los productos resultantes del proceso de tratamiento biológico (no biodegradables) pueden presentar toxicidad significativa (Sponza, 2003). Por ello, resulta necesario realizar estudios de toxicidad a la par de los análisis fisicoquímicos con la finalidad de determinar el riesgo que tienen las descargas de aguas residuales en los cuerpos en que son vertidas (Latif M, Licek E, 2004).

2

3. METODOLOGIA 3.1 Estandarización de los bioensayos Los dáfnidos se obtuvieron de un proveedor de especies acuáticas de la Ciudad de Toluca, la estandarización del bioensayo con Daphnia pulex se llevó a cabo en base a la norma técnica: NMX-AA-087-1995-SCFI y al documento Methods for Measuring the Acute Toxicity of Effluents and Receiving Waters to Freshwater and Marine Organisms de la USEPA. Las condiciones en las que se mantuvo el cultivo fueron: fotoperíodo de 16h luz/8h oscuridad, temperatura de 1822ºC, oxígeno disuelto mayor a 4mg/L, pH de 7.5-8.5, dureza total de 140160mg/L, alimentación con alga Selenastrum sp y medio de cultivo YCT (levadura Saccharomyces cerevisae y extracto de alfalfa) y recambio total de medio de cultivo cada tercer día. La elección de Lactuca sativa como bioindicador de toxicidad terrestre se decidió después de evaluar la distribución del tamaño junto con semillas de tomate, coliflor, zanahoria, rabano y cebolla; Lactuca sativa fue la que registro menor variación. En un estudio en donde se uso: Microtox, semillas de Lactuca sativa y respirometría microbiana para identificar toxicidad en una planta de tratamiento de aguas residuales, Lactuca sativa fue el organismo más sensible (Robidoux P.Y., et. al., 2003). 3.2 Puntos de muestreo El período de muestreo comprendió de Septiembre del 2005 a Marzo del 2006, se eligió este período ya que en los meses de Diciembre y Enero se tiene registrada una disminución en la eficiencia del reactor biológico. En la figura 1 se muestra un diagrama del sistema de tratamiento evaluado, las muestras obtenidas en el estudio fueron de tipo puntual, recolectando un volumen de 4L de acuerdo a los criterios señalados por la NMX-AA-003 Aguas residuales–muestreo. Los puntos fueron: salida de clarificador primario (CP); licor de mezclado ó salida del reactor biológico (LM) y salida de clarificador secundario (CS). En total se recolectaron 21 muestras de cada punto. Para cada muestra se determinó la toxicidad con los bioensayos de Daphnia pulex y Lactuca sativa, además de los 5 parámetros fisicoquímicos: DQO, DBO5, SST, Ntotal y NNH3 CP

Influente

Clarificador primario

LM

CS

Clarificador Secundario

Reactor aerobio

Recirculación

Efluente

Purga de lodos

Fig.1 Diagrama general del tratamiento biológico con lodos activados que se lleva a cabo en la planta

3

Los parámetros fisicoquímicos: DQO, DBO5, SST, Ntotal y NNH3 se determinaron en la planta de tratamiento, con base en las normas: NMX-AA-026 Aguas-determinación de nitrógeno total-método Kjeldahl; NMX-AA-028 Aguasdeterminación de demanda bioquímica de oxígeno-Método de incubación por diluciones y la norma NMX-AA-030-SCFI-2001 Análisis de agua-determinación de la demanda química de oxígeno. Los análisis de toxicidad se realizaron en las instalaciones de la Facultad de Química. 3.3 Evaluación de toxicidad Las pruebas de toxicidad con Daphnia pulex se llevaron a cabo de acuerdo a las condiciones que establece la NMX-AA-087-1995-SCFI, el parametro evaluado fue la inmovilidad del organismo, obteniendo en cada muestra la CL50. Los bioensayos con Lactuca sativa se realizaron bajo lo que establece la guía OPPTS 850.4200/EPA 712C-96-154-1995 de la EPA, el parámetro evaluado es el % de inhibición de la elongación de la raíz, que se obtuvo con el uso de la siguiente ecuación: % de inhibición de la elongación de la raíz = (100%) - (a) (b/c) donde a es el porcentaje de semillas de germinadas; b es la media del crecimiento en mm de la raíz de las muestras y c es la media del crecimiento en mm de la raíz de los testigos; con los datos de % de inhibición se obtiene la CI50.

Los datos de CL50 y CI50 se obtuvieron con la hoja de cálculo ED50V10ReactBiol, a través de curvas dosis-respuesta. Para el tratamiento de resultados, la toxicidad se expresó en términos de Unidades de Toxicidad aguda (U. T. a.), las cuales se obtuvieron con la siguiente ecuación: U.T.a.= (1 / CL ó CI50) (100)

Con el bioensayo de Lactuca sativa solamente se evaluaron 15 muestras de CP y CS; para Daphnia pulex fueron evaluadas todas las muestras de los tres puntos mencionados. 3.4 Correlación de los valores de toxicidad con respecto a los parámetros fisicoquímicos. Los datos de U.T.a. obtenidos con los bioensayos de Daphnia pulex y Lactuca sativa se graficaron vs. DQO, DBO, SST, Ntotal y NNH3, obteniendo el coeficiente de correlación (r) con un valor p < de 0.05 usando el paquete Excel de Office. 4. RESULTADOS Y DISCUSIÓN 4.1 Eficiencia de remoción de los parámetros fisicoquímicos En la tabla 1 se muestran los promedios mensuales de las mediciones diarias que se realizan en la planta de tratamiento. La remoción global de DQO fue de 59.4%, DBO5 de 92.9%, SST de 77%, N-total de 20.2% y N-NH3 de 8.8%. En el influente (entrada a la planta) los valores de los 5 parámetros fisicoquímicos aumentaron a través del período de estudio, lo mismo sucedió con los valores en el efluente de la planta de tratamiento; los promedios de temperatura disminuyeron considerablemente de 20.2ºC en Septiembre, a 10ºC en el mes de Febrero, esta disminución de temperatura es un factor que influye directamente en la eficiencia del reactor biológico. Durante los meses de Febrero y Marzo se

4

presentaron los niveles más elevados de los 5 parámetros fisicoquímicos en el efluente de la planta, en estos mismos meses se presentó el fenómeno conocido como bulking, que se caracteriza por un crecimiento abundante de bacterias filamentosas que impiden una sedimentación adecuada de los lodos activados en los clarificadores secundarios. Para SST y Ntotal la eficiencia de remoción disminuyó considerablemente a través del período de estudio. Tabla I. Monitoreo de los parámetros fisicoquímicos (Septiembre del 2005-Marzo del 2006) Parámetro Fisicoquímico

DQO

DBO5

SST

N-total

N-NH3

Punto de muestreo Influente Efluente Eficiencia Influente Efluente Eficiencia Influente Efluente Eficiencia Influente Efluente Eficiencia Influente Efluente Eficiencia

Sep

Oct

Nov

Dic

1813,4 742,4 59,06 986,8 77,6 92,1 330,3 59,4 82, 73,8 57 22,8 30,5 29,1 4,8

2039 754,5 62,9 1282,4 101,0 92, 343,5 75,8 77,9 82,8 64,1 22,5 37,6 33,1 12,1

2118,3 789,3 62,7 1402,6 91,3 93,5 385,7 72,3 81,2 87,6 69,4 20,7 39,7 36,2 8,8

2296,3 876 61,8 1521,4 97,83 93,6 562,6 107,4 80,9 94,2 70,9 24,7 40,2 34,3 14,7

Ene

Feb

Mar

2106,4 2109,5 2067,8 879 928,3 926 58,3 56 55,2 1351,4 1143 1240,2 90,16 97,035 95,142 93,3 91,5 92,36 449,7 477,8 496,7 122,4 123,1 149,8 72,8 74,2 69,8 97,4 93,8 95 78,5 76,9 82,6 19,4 17,9 13,1 41,2 44,9 44,2 37,8 42,4 41,1 8,4 5.7 7,1

Media 2078,7 842,2 59,4 1275,4 92,9 92,6 435,2 101,5 77 89,2 71,4 20,2 39,8 36,3 8,8

Nota: El monitoreo de los parámetros fisicoquímicos se realiza diariamente en la planta de tratamiento, los resultados que se muestran son de los promedios mensuales. Las unidades del influente y efluente están expresadas en mg/L, la eficiencia es el % de remoción de los parámetros fisicoquímicos.

4.2 Resultados de toxicidad con el Bioensayo de Daphnia pulex La sensibilidad de la cepa de trabajo con el tóxico de referencia dodecil sulfato de sodio (SDS), la CL50 fue de 5.532 mg/L; la dosis de referencia para Daphnia magna en la NMX-AA-087-1995-SCFI es de 14.5±4.5mg/L de SDS. En la tabla II se presentan los resultados de toxicidad con el bioensayo de Daphnia pulex; durante los meses de Septiembre y Octubre no se registro toxicidad en CS, así mismo las cantidades de los parámetros fisicoquímicos (tabla I) fueron las más bajas del período de estudio. En cambio del 20 de Febrero al 20 de Marzo se registraron los niveles más altos de toxicidad en CS, esta respuesta puede estar asociada con las cantidades más elevadas de los parámetros fisicoquímicos y la presencia de bulking.. 4.3 Resultados de toxicidad con el Bioensayo de Lactuca sativa En la tabla III están representados los resultados de toxicidad con el bioensayo de Lactuca sativa. Al realizar una comparación de medias con muestras apareadas no existió diferencia estadísticamente significativa con un valor p