APLICACIÓN DE TiO2 MODIFICADO CON POLIOXOMETALATOS EN LA DEGRADACIÓN DE SOLUCIONES ACUOSAS DE CARBOFURAN BAJO RADIACIÓN SOLAR SIMULADA, Y EVALUACIÓN DEL POTENCIAL DE ACOPLE CON UN SISTEMA BIOLÓGICO

JANETH SANABRIA; HECTOR MARIO GUTIERREZ ZAPATA; JULIAN RENGIFO; LUIS RENE PIZZIO; MIRTA NOEMI BLANCO; BRYAN MUNERA CASTAÑEDA

Cali

Seminario; Seminario: Nuevos conceptos del uso de la radiación solar para la descontaminación de aguas-Acuasolar 2015; 2015

Universidad del Valle

CONTEXTO DEL PROBLEMASegún losinformes de la Organización de las Naciones Unidas, se estima que de todos losplaguicidas usados en la agricultura, menos de 1% alcanza los cultivos, elresto termina contaminando la tierra, aire y, principalmente, el agua(González, 2012). Un problemaderivado del uso indiscriminado de plaguicidas es el vertimiento sintratamiento previo de efluentes agroindustriales con residuos provenientes dellavado de contenedores, de los equipos de fumigación y de los recipientes depresentación comercial de los plaguicidas. Estos residuos presentan altas cargas contaminantes, llegándose aregistrar valores de hasta 340 mg O2.L-1 de DQO  (Pinillos & Pinto, 2007). Debido a suscaracterísticas químicas, estos compuestos resisten en grado variable la degradaciónfotoquímica, química y bioquímica, por lo que su vida media en el ambientepuede ser elevada. El problema noreside sólo en el deterioro del ecosistema terrestre o acuático, sino en lasconsecuencias que se derivan por la concentración cada vez más elevada que seva produciendo a lo largo de la cadena alimenticia con efectos nocivos gravesen los niveles tróficos superiores.El objetivo deeste proyecto fue estudiar la degradación fotocatalítica del Carbofuran, unplaguicida ampliamente utilizado en la región del Valle del Cauca, a través deprocesos fotocatalíticos heterogéneos sobre TiO2 modificado conpolioxometalatos (los cuales presentan como principal novedad, la absorción deluz visible), usando radiación solar simulada. Además, fue determinado elpotencial de acoplar estos sistemas fotoquímicos con procesos biológicos dedepuración, evaluando la inhibición que pudieran tener los efluentespreviamente tratados fotoquimicamente sobre el metabolismo de sistemas aerobiosy anaerobios.RESULTADOSSe realizaronensayos de fotodegradación a escala de laboratorio bajo radiación solarsimulada del plaguicida Carbofuran (CBF), utilizando catalizadores basados enTiO2 modificados con ácidos Tungstofosfórico ? TPA ([PW12O40]3-)y Tungstosilícico ? TSA ([SiW12O40]4-), loscuales presentan como principal novedad la absorción de luz en el espectrovisible. Los ensayos preliminares permitieron evidenciar que el complejo TiO2-TPAes más efectivo en la degradación del CBF que el TiO2-TSA, pero elDegussa P25 supera la eficiencia de los materiales modificados. Se realizó undiseño experimental utilizando TiO2-TPA y Degussa P25, evaluando laconcentración del catalizador (0,25? 1,0 g.L-1) y la potencia deirradiación (300 ? 400 W.m-2) a pH 6, durante 180 minutos detratamiento. Los resultados mostraron que los niveles máximos (1,0 g.L-1 y400 W.m-2) de los factores estudiados fueron los que permitieronobtener mayores porcentajes de degradación. Se realizaron ensayos debiotratabilidad con P. Aeruginosa y C. Sporogenes. Los resultados mostraron que el CBF puede serasimilado con y sin tratamiento. Los subproductos del tratamiento con TiO2-TPAfavorecen en mayor medida el crecimiento celular que los subproductos generadoscon Degussa P25. Los ensayos de biotratabilidad con un sistema anaerobiopermitieron evidenciar que el CBF es un tóxico metabólico y que lossubproductos del tratamiento fotocatalítico con TiO2-TPA pueden serutilizados como sustrato para la producción de metano.CONCLUSIONESLos ensayos defotocatalíticos realizados con TiO2-TPA y Degussa P25 mostraron serefectivos en la degradación del Carbofuran, reafirmando que el Degussa P25 esel catalizador de mayor actividad fotocatalítica disponible. A pesar de que elcomplejo TiO2-TPA puede ser excitado por la absorción de luz en elrango visible, la poca interacción entre la superficie del catalizador y elCarbofuran no permitió que se llevara a cabo un proceso de fotodegradaciónóptimo.Los resultadosseñalaron que la potencia de irradiación es el factor de mayor influencia sobrela eficiencia del proceso fotocatalítico, ya que el aumento de la intensidad dela luz favorece la degradación del Carbofuran. Por otro lado, la concentracióndel catalizador no representa diferencias significativas entre los nivelesusados para los ensayos con TiO2-TPA, lo que implica que puedenusarse concentraciones más bajas de catalizador para obtener respuestassimilares en los porcentajes de degradación. Esto representa un aspectopositivo, pues se utiliza una menor cantidad de catalizador para eltratamiento.Los ensayos debiotratabilidad realizados con P. Aeruginosa y C. Sporogenes permitieronevidenciar que el Carbofuran es asimilable por los microorganismos, con o sintratamiento fotocatalítico. Se observaron efectos negativos de los efluentestratados con Degussa P25 sobre el crecimiento celular, lo que puede estarasociado a la generación de subproductos que no son fácilmente asimilables por los microorganismos. Los efluentestratados con TiO2-TPA representaron una mayor fuente de nutrientespara los microorganismos, producto de una cinética de degradación más lenta delCarbofuran en tiempos de tratamiento de 30 y 90 minutos. Los análisis de loscromatogramas dieron un indicio de la presencia de ácidos alifáticos,sustancias que pueden participar en los procesos metabólicos de losmicroorganismos.Finalmente, losensayos de actividad metanogénica permitieron determinar que el Carbofuranpuede ser un tóxico metabólico, mientras que sus subproductos, luego de ser tratadodurante 180 minutos bajo condiciones de concentración de catalizador de 0,25g.L-1 y potencia de irradiación de 300 W.m-2, puedenservir de sustrato para la generación de Metano. Eso representa un aspectopositivo, pues sugiere que existe la posibilidad de acoplar sistemas detratamiento basados en procesos de fotocatálisis heterogénea con sistemasbiológicos anaerobios para valorizar los residuos de plaguicidas en laobtención de subproductos de utilidad como el metano.