ENERGIAS SUSTENTABLE

7/23/2019 ENERGIAS SUSTENTABLE

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Artculo original / Original article / Artigo original

Produccin + Limpia- Julio - Diciembre de 2013. Vol.8, No.2 - 3950

Degradacin fotoltica del carbofurano en

aguas del ro Ronegro y en agua ultrapura

bajo diferentes condiciones de pH*

Hotolytic degradation of carbofuran in waters from theRonegro river and in ultra-pure water under different pH conditions

Degradao fotoltica do carbofuran em guas do rioRonegro e em gua ultrapura sob diferentes condies de pH

Claudio Jimnez Cartagena**, Ana Liliana Giraldo Aguirre***,

Daniel Esteban Len Prez****, Gustavo Antonio Peuela Mesa*****

* Artculo derivado de la tesis de doctorado titulada Determinacin de la residualidad de pesticidas en frutas, pulpas de frutas y

agua, tesis desarrollada entre los aos 2005 2011 y nanciada por el grupo GDCON de la Universidad de Antioquia y Colciencias.** Qumico Farmacutico, magister en Ciencias Bsicas Biomdicas Subespecialidad Bioqumica. Doctor en Ingeniera. Directordel Grupo de Investigacin GAMA de la Corporacin Universitaria Lasallista, Caldas Antioquia, Colombia. E-mail: [email protected] *** Qumica Farmacutica, magister en Ciencias Ambientales con nfasis en Desarrollo Sostenible,estudiante de doctorado en Ciencias Farmacuticas y Alimentarias. Docente de la Universidad de Antioquia, Medelln - Colombia.E-mail: [email protected] **** Ingeniero de Alimentos, estudiante de Maestra en Ciencias Farmacuticas y Alimentarias.Investigador de la Corporacin Universitaria Lasallista, Caldas Antioquia, Colombia. E-mail: [email protected] ***** Qumico,especialista en Gestin Ambiental Municipal, magister en Ciencias Qumicas. Doctor en Qumica Ambiental. Docente investigador dela Universidad de Antioquia, Medelln - Colombia. E-mail: [email protected]

Artculo recibido: 21/07/2013; Artculo aprobado: 30/10/2013

RESUMENIntroduccin. El uso de pesticidas en la agricultura ha generado importantes impactos: por un lado, el incre-mento de la productividad agrcola; por otro lado, una fuente importante de contaminacin ambiental, hechoque ha concienciado hacia el estudio de la dinmica de estos contaminantes en el ambiente y en las posiblesmaneras para su degradacin. Objetivo.El objetivo de este artculo fue estudiar la fotlisis del carbofurano enaguas de conuencia a los cultivos en el Oriente Antioqueo utilizando simulador de radiacin solar, ensayos detoxicidad y determinacin por cromatografa lquida con detector ultravioleta con arreglo de diodos. Materia-les y mtodos. Para establecer las mejores condiciones de degradacin fotoltica se emple un diseo factorial3x2x2, evaluando tres variables: pH (5, 7 y 9), tipos de agua (agua ultapura y agua supercial) y concentracinde carbofurano; el factor de respuesta denido fue el porcentaje de degradacin. Resultados. Como resultado


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se observa que a medida que aumenta el pH, el porcentaje de degradacin del carbofurano es ms signicativo,mostrando un 30 % y 20 % de degradacin a pH 9 durante 90 minutos de irradiacin en agua ultrapura y aguasupercial, respectivamente. Se observa, adems, que bajo condiciones naturales de pH del agua supercial

representada por el agua del ro Ronegro, los porcentajes de remocin cuando se irradia una muestra que con-tiene 10 mg L-1y 30 mg L-1, se obtienen, respectivamente, 9,5 % y 21 % de degradacin, indicando que a bajas con-

centraciones de carbofurano el efecto del pH neutro tiende a ejercer una menor inuencia sobre la degradacin.Conclusiones. Los procesos fotolticos como mecanismos de degradacin primaria en el ambiente presentanuna contribucin signicativa a la degradacin del carbofurano cuando este se encuentra a concentracionesrelativamente altas; para el caso de las aguas del rio Ro Negro ni la presencia de materia orgnica disuelta ni unvalor pH neutro presentaron efecto sobre la degradacin del carbofurano; no obstante, valores de pH bsicoso cidos tienden a aumentar la degradacin del carbofurano.

Palabras clave: carbofurano, plaguicida, degradacin, contaminacin, fotlisis

ABSTRACTIntroduction. The use of pesticides in agriculture has generated important impacts: on one side, the increase ofagricultural production and, on the other, a big source of environmental pollution. This fact has brought the cons-ciousness of the importance of studying the dynamics of such pollutants in the environment and the possiblealternatives to degrade them. Objective. To study the carbolysis of carbofuran in waters conuent to the cropsfrom the East of Antioquia, by the use of a sun radiation simulator, toxicity tests and determination through liquidchromatography -with an ultra-violet detector with a diode array-.Materials and methods. To establish thebest photolytic degradation conditions a 3x2x2 factorial design was used, evaluating three variables: pH (5, 7and 9), types of water (ultra-pure and surface water) and carbofuran concentration. The response factor denedwas de degradation percentage. Results. As pH increases the carbofurans degradation percentage is moresignicant, with 30% and 20% of degradation at a pH of 9 during 90 minutes of irradiation in ultra-pure waterand surface water, respectively. It can also be seen that under natural pH conditions represented by water fromthe Ronegro river- the removal percentages of a 10 mg L-1and 30 mg L-1 samples, when irradiated, 9,5% and

21% of degradation are respectively obtained, which means that with low carbofuran concentrations the effectof neutral pH tends to have a lower inuence on the degradation. Conclusions. The photolytic processes asprimary degradation mechanisms in the environment have a signicant contribution to the degradation of carbo-furan when this carbofuran is at relatively high concentration rates. For the Rio Negro river waters, neither thedissolved organic matter nor a neutral pH value, had an effect on the carbofurans degradation. Nevertheless,basic or acid pH values tend to increase the degradation of the carbofuran.

Key words: carbofuran, pesticide, degradation, contamination, photolysis

RESUMO

Introduo.O uso de pesticidas na agricultura gerou importantes impactos: por um lado, o incremento da

produtividade agrcola; mas, por outro lado, uma fonte importante de contaminao ambiental, fato queconscientizou para o estudo da dinmica destes contaminantes no ambiente e nas possveis maneiras para suadegradao. Objetivo.O objetivo deste artigo foi estudar a fotlise do carbofuran em guas de conuncia aoscultivos no Oriente Antioquenho utilizando simulador de radiao solar, ensaios de toxicidade e determinao porcromatograa lquida com detector ultravioleta com arranjo de diodos. Materiais e mtodos.Para estabeleceras melhores condies de degradao fotoltica se empregou um desenho fatorial 3x2x2, avaliando trs variveis:PH (5, 7 e 9), tipos de gua (gua ultapura e gua supercial) e concentrao de carbofuran; o fator de respostadenido foi a percentagem de degradao.Resultados.Como resultado se observa que medida que aumenta oPH, a percentagem de degradao do carbofuran mais signicativo mostrando um 30 % e 20 % de degradao aPH 9 durante 90 minutos de irradiao em gua ultrapura e gua supercial, respectivamente. Observa-se, ademais,que sob condies naturais de PH da gua supercial representada pela gua do rio Ronegro, as porcentagensde remoo quando se irradia uma mostra que contm 10 mg L-1 e 30 mg L-1, obtmse, respectivamente,

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INTRODUCCIN

El amplio uso de pesticidas en toda la industria de la agricultura ha resultado en importantes impactos:de un lado, la utilizacin de los pesticidas produce un enorme incremento en la productividad agrcola,pero, de otro, debido a su naturaleza peligrosa, los desechos y derrames provenientes de su uso, y del

remanente en equipos de aspersin y almacenamiento, han sido fuente de contaminacin. Asimismo,la extensa contaminacin de suelos con estos compuestos puede determinar la transferencia de estassustancias peligrosas en otros medios tales como aguas subterrneas y aguas superciales, incluso,pueden presentarse en suministros de agua de consumo al ser transportadas fuera del sitio de acciny entrar en las aguas superciales(Arias et al., 2008).

En los ltimos aos, la importancia de la alteracin no biolgica (abitica) en la degradacin de los pesti-cidas ha sido ampliamente estudiada y ha estimulado una gran cantidad de investigaciones concernientesa los mecanismos de degradacin, cintica, aislamiento y toxicidad, tanto de los compuestos padre comode los productos de degradacin. Transformaciones tales como la degradacin microbiolgica, la qumicao la fotoqumica son reconocidas como procesos signicativos en determinar el destino y transporte delos pesticidas en el ambiente (Arbeli & Fuentes, 2007; Devipriya & Yesodharan, 2005).

De la misma manera se ha reconocido que la materia orgnica disuelta, ubicuamente presente ensuelos y aguas superciales, juega un importante papel en lo que respecta a la descomposicin de lospesticidas, dado que interacciones entre esta y las sustancias qumicas han mostrado enlentecer losprocesos de degradacin, por una parte, mientras que, por otra, la materia orgnica es la primera es-pecie que absorbe luz en el agua supercial; como resultado, reacciones fotoqumicas que toman lugaren este medio pueden inuir relevantemente en la descomposicin fotoqumica de los pesticidas, lacual representa una importante va de transformacin en las aguas superciales y en el suelo paraestos compuestos (Bachman & Patterson, 1999).

Mucha atencin ha sido orientada al carbofurano, insecticida de amplio espectro con alta toxicidad,el cual, se sabe, es un insecticida ms persistente que otros carbamatos u organofosforados. El car-bofurano (2,3-dihidro-2,2-dimetilbenzofuran-7-il metilcarbamato), es un inhibidor de la acetilcolines-

terasa, su LD50oral es 11 mg kg

-1

de peso corporal en ratas comparado con 8 mg/kg para el paratinextremadamente txico y 1,300 mg kg-1para la atrazina, un herbicida de moderada toxicidad (Kuhr& Dorough, 1976).

Es conocido que el carbofurano y sus metabolitos son altamente solubles en agua 0.7 mg ml -1parael primero, y su estabilidad bajo ciertas condiciones ambientales (vida media en suelos de 150 das)constituye un riesgo para la contaminacin, tanto de aguas superciales como subterrneas (Deto -maso, Mascolo & Lopez, 2005). La continua presencia de carbofurano en canales de agua y ros puedecausar severos daos sub-letales y crnicos a los organismos acuticos (de Melo Plese, Paraiba, Foloni,& Pimentel, 2005), cuya presencia en estos sitios se debe al amplio uso de este compuesto en loscultivo de maz, arroz, algodn y otros, como un sustituto de los pesticidas organoclorados debido asu ms alta biodegradabilidad (Kuhr & Dorough, 1976).

9,5 % e 21 % de degradao, indicando que a baixas concentraes de carbofuran o efeito do PH neutro tendea exercer uma menor inuncia sobre a degradao. Concluses.Os processos fotolticos como mecanismosde degradao primria no ambiente apresentam uma contribuio signicativa degradao do carbofuran

quando este se encontra a concentraes relativamente altas; para o caso das guas do rio Rio Negro nem apresena de matria orgnica dissolvida nem um valor PH neutro apresentaram efeito sobre a degradao docarbofuran; no obstante, valores de PH bsicos ou cidos tendem a aumentar a degradao do carbofuran.

Palavras importantes:carbofuran, pesticidas, degradao, contaminao, fotlise

Degradacin fotoltica del carbofurano en aguas del ro Ronegro y en agua ultrapura bajo diferentes condiciones de pH


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Los valores medidos experimentalmente de coecientes de particin de carbono orgnico (Koc), enel rango de 14 a 160 indican que el carbofurano se ltrar signicativamente en la fase acuosa; la vola-tilizacin del suelo no se espera que sea signicativa, aunque puede ocurrir algn tipo de evaporacinde las plantas, y han sido reportados tiempos de vida media de este compuesto en el agua en un rangode 690 semanas a pH 5 y una semana a pH 8; estudios previos han demostrado que a condicionesalcalinas el carbofurano presenta vidas medias generalmente ms pequeas que a pH ms bajos; pro-bablemente se debe a que es una amida que se protona y desportona (valores de Kb) y, por lo tanto,lo hace vulnerable a la hidrlisis alcalina (Chapman & Cole, 1982). De igual forma, el carbofuranopuede sufrir hidrlisis cida y neutra, siendo inestable bajo condiciones en alcalinas y con la aplicacinde la fotlisis directa, al igual que la fotooxidacin (va radicales hidroxilo), lo que puede contribuir alas transformaciones del carbofurano en aguas naturales (Hua & Pfalzer-Thompson, 2001).

En este estudio se examin el comportamiento fotoqumico del carbofurano al estar disuelto en dosdiferentes tipos de agua bajo diferentes valores de pH, y ser tratado con luz solar mediante un simu-lador solar. De esta manera, el efecto del pH y los diferentes tipos de agua fueron investigados para

determinar la incidencia sobre la fotodegradacin del pH y la materia orgnica presente, empleandocomo medio de reaccin agua ultrapura (agua MilliQ) y agua supercial obtenida del ro Ronegrodel municipio de Rionegro Antioquia bajo diferentes concentraciones del compuesto. Por otra parte,fue investigada la capacidad de degradacin y mineralizacin fotoltica sobre el carbofurano en agua acondiciones naturales, empleando como fuente de radiacin un simulador solar y en presencia de lamateria orgnica que se encuentra en el medio natural, dado que es reconocido que el cido hmi -co y nitratos encontrados en el ambiente acutico algunas veces pueden inducir la fotodegradacin(Lesce et al., 2006), motivo por el cual es importante determinar la contribucin a la degradacin delcarbofurano del agua natural.

MATERIALES Y MTODOS

Reactivos

Carbofurano grado Pestanal(99.90 %) fue obtenido de sigma-aldrich y usado sin puricacin poste-rior. El acetonitrilo (grado HPLC) fue obtenido de Merck, el Hidrxido de sodio 0,1 M y el cido clor-hdrico 0,5 M, ambos de Merck fueron usados para ajustar pH. El ftalato cido de potasio fue obtenidode Carlo Erba y el Vibrio scher para las pruebas de toxicidad fue obtenido de Strategicdiagnostic Inc.

Las muestras fueron preparadas, por una parte, empleando agua ultrapura, la cual fue obtenida pasan-do agua de smosis inversa a travs de un sistema Nanopure II de Millipore para obtener agua MilliQ.Por otra parte, se prepararon muestras empleando agua supercial proveniente del rio Ronegro delmunicipio de Rionegro en el Oriente Antioqueo.

Diseo experimentalUn diseo factorial 3x2x2 fue usado para establecer las mejores condiciones de pH de la reacciny tipo de agua que procuraron las mayores degradaciones a dos diferentes concentraciones de car-bofurano. El diseo factorial con 3nx2n(n=1 y n=2, respectivamente) experimentos, se describe en latabla 1.

En el diseo factorial de degradacin fotoltica del carbofurano se ensayaron tres variables analizandotres siguientes valores de pH (5, 7 y 9, dos diferentes tipos de agua (agua MilliQ y agua supercial) ydos diferentes concentraciones de carbofurano (10 y 30 mg L-1). El factor de respuesta fue denidocomo el porcentaje de degradacin del carbofurano despus de 90 minutos de irradiacin en simula-

dor solar SuntestCps+, con lmpara de xenn.



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Los datos fueron analizados usando el software statgraphicscenturion. La validez estadstica del siste-ma fue determinada mediante el mtodo estadstico anova con un nivel de conanza del 95 %.

Tabla 1. Diseo experimental para determinar la inuencia

de los factores tipo de agua y pH de la solucin en la degradacinde dos diferentes concentraciones de carbofurano

pH Tipo agua Concentracin(mg L-1)

7 R 30

7 M 10

5 M 30

5 M 10

9 R 10

9 R 307 M 30

9 M 10

5 R 30

7 R 10

5 R 10

9 M 30

Sistema fotoltico

Para estudiar el efecto de diferentes factores en la degradacin fotoltica del carbofurano se llev acabo la reaccin en una botella de borosilicato (120 mL) que contena 100 ml de solucin de carbo-

furano a diferentes concentraciones (10 y 30 mg L-1), diferentes valores de pH (5, 7 y 9) y diferentestipos de agua (agua MilliQ y agua supercial) como se describe en el diseo experimental presentadoen la tabla 1. La solucin fue sometida a irradiacin en un equipo suntestcps+(Atlas) (300-800 nm, Xelamp, 250 W m-2), bajo agitacin magntica constante y suministro de oxgeno contenido en el aire. Elmuestreo fue llevado a cabo a intervalos de tiempo especcos empleando una jeringa de 5 mL co -nectada al reactor mediante un tubo de ten, tomando 2 mililitros cada vez. Las muestras obtenidasfueron analizadas mediante un cromatgrafo lquido Agilent 1100 de Agilent Technologies.

De otro lado, para estudiar la degradacin de carbofurano a condiciones normales de pH en aguasupercial se somete una muestra a degradacin bajo irradiacin en un equipo suntestcps+ de Atlas(300 nm a 800 nm, lmpara de xenn de 250 W m-2), agitacin magntica constante y suministro de

oxgeno contenido en el aire. El seguimiento a la degradacin y mineralizacin se realiza mediantecromatgrafo lquido agilent 1100, carbono orgnico total en un analizador O. I. Analytical 1010 TOCy la toxicidad mediante Biolumix.

Anlisis de las soluciones degradadas

El anlisis de la remocin de carbofurano fue realizado mediante un cromatgrafo lquido (HPLC)Agilent 1100 el cual fue usado para cuanticar las muestras de los experimentos de fotlisis. El de -tector empleado fue un detector de arreglo de diodos UV-vis DAD G1315B; las separaciones fueronrealizadas en una columna C-18 de phenomenex 150mm x 4.6 mm, 5um de tamao de partcula. Lasmuestras fueron inyectadas mediante un automuestreador Agilent G1329A modelo 1200. El volumen



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de inyeccin fue de 20 L. El ujo fue de 1 ml min-1para todos los experimentos. La fase mvil em-pleada fue de 70 % agua, 30 % acetonitrilo. La longitud de onda de deteccin fue de 278 nm.

La mineralizacin de las muestras de carbofurano a condiciones normales fue realizado usando unanalizador O. I. Analytical 1010 TOC con una solucin de ftalato cido de potasio como estndar decalibracin, la acidicacin antes del anlisis fue realizado para mantener las soluciones libres de CO

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atmosfrico.

Prueba de toxicidad

La toxicidad de las soluciones tratadas se determin mediante la medicin de la CE50 sobre Vibriosheri con un instrumento bioxLumi-10; la fundamenta en el monitoreo de los cambios en lasemisiones de luz natural de una bacteria luminiscente (Photobacteriumphosphoreum); en donde lareaccin de bioluminiscencia est asociada al transporte de electrones, de tal modo que una disminu-

cin de la bioluminiscencia indica la disminucin de la respiracin celular. Los xenobiticos alteran la

respiracin celular modicando el porcentaje de sntesis de protenas y lpidos y, por ende, el nivel deemisin de luminiscencia; por lo anterior, en presencia de agentes contaminantes, la bioluminiscencianatural de Vibrio scheri disminuye y la toxicidad se expresa como concentracin efectiva 50 (CE

50):

concentracin del agente contaminante que produce una reduccin del 50 % en la emisin de luzinicial (Jennings, Rayner-Brandes & Bird, 2001; Johnson, 2005).

RESULTADOS Y DISCUSIN

Efectos del pH y del tipo de agua en la degradacin

La determinacin de la inuencia de los cambios de pH sobre el porcentaje de degradacin del car-bofurano, as como la inuencia de diferentes tipos de agua correspondientes a agua ultrapura sin

presencia de iones, nitratos o materia orgnica disuelta que pueda interferir en la degradacin, frentea un agua que contenga dichos componentes (como lo es el agua supercial) son mostradas en lasguras 1 y 2 para dos diferentes concentraciones de carbofurano, 10 y 30 mg L -1,respectivamente.

De las guras 1 y 2 se observa que a medida que aumenta el pH, el porcentaje de degradacin delcarbofurano es ms signicativo mostrando un 30 % de degradacin a pH 9 durante 90 minutos deirradiacin en agua ultrapura, y 20 % de degradacin en agua supercial, mientras se produce un 15 %de degradacin a pH 5 en agua ultrapura y 14 % de degradacin en agua supercial durante el mismoperodo de tiempo para una concentracin de 10 mg L-1, lo que conrma los resultados descritosporChapman & Cole (1982), quienes establecen que el carbofurano posee tiempos de vida mediamenores a valores de pH alcalinos.

La gura 2 muestra que al aumentar la concentracin de carbofurano bajo las mismas condiciones, un

25 % de degradacin se produce a pH 9 en agua ultrapura, y 20 % de degradacin en agua supercial,mientras que a pH 5 se produce un 20 % de degradacin en agua ultrapura y 18 % de degradacin enagua supercial durante 90 minutos de irradiacin bajo simulador solar a una concentracin de 30mgL-1; de acuerdo con estos resultados la degradacin del carbofurano es levemente inuenciada porla concentracin y por el pH; no obstante, bajo condiciones naturales, pH 7 principalmente, efectosms marcados son presenciados frente a la degradacin del carbofurano. De las guras 1 y 2 se ob-serva que bajo condiciones naturales de pH del agua supercial (representada por el agua del ro RoNegro a pH 7), los porcentajes de remocin cuando se irradia la muestra que contiene 10 mg L-1y30 mgL-1 de carbofurano, con una lmpara de xenn en simulador solar una muestra, se obtienen, unporcentaje de degradacin de 9,5 % y 21, respectivamente, ; esto indica que a bajas concentracionesde carbofurano el efecto del pH neutro tiende a ejercer una menor inuencia sobre la degradacin



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que a altas concentraciones. Esta situacin puede deberse a que a este valor de pH las cinticas de de-gradacin presentan un comportamiento de primer orden, e indican que la concentracin ejerce unainuencia sobre la degradacin. Se presenta, entonces, una degradacin ms pronunciada; a mayoresconcentraciones no se producen los fenmenos de hidrlisis alcalina a la cual es altamente sensibleel carbofurano; no obstante, al presentarse mayores concentraciones de carbofurano, se observ unamayor degradacin, lo cual puede deberse a su alto valor de pka (11.90), el cual puede favorecer unentorno alcalino que facilita los fenmenos de hidrlisis. Comparando los resultados del control conagua ultrapura, se observan remociones en esta ltima de 8,6 % y 21 % para concentraciones de 10y 30 mg L-1, respectivamente; quiz pueda ser debido a la mayor concentracin, y teniendo en cuentaque la cintica de degradacin es de orden 1, hay mayor disponibilidad de compuestos en la supercieque permiten una mayor descomposicin; adems, hay dependencia de la concentracin. Lo anteriorindica que el contenido de materia orgnica presente en el agua del ro Ronegro no ejerce un efectosignicativo sobre la degradacin del carbofurano que pueda encontrarse presente en las aguas delro, pero altas concentraciones de carbofurano pueden sufrir procesos de degradacin ms acelera-

dos, tal como se indic anteriormente para aguas superciales.

Figura 1. Degradacin del carbofurano a una concentracin de 10 mg L-1,bajo diferentes valores de pH y tipos de agua

Figura 2. Degradacin del carbofurano a una concentracin de 30 mg L-1,bajo diferentes valores de pH y tipos de agua



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Como control de hidrlisis, se utilizaron 10 mg L -1de carbofurano disuelto en ambos tipos de agua,y se dej en la oscuridad por un perodo de 24 horas, y se efectuaron anlisis al inicio y al nal deltiempo de almacenamiento. Se determin que ninguna degradacin de carbofurano ocurri duranteeste tiempo, resultados similares a los reportados por Campbell et al. (Campbell, David, Woodward& Li, 2004).

Condiciones ms favorables para la degradacin del carbofurano

En las guras 1, 2 y 4, se observa que las variables: concentracin de carbofurano y pH son las mssignicativas de las variables estudiadas ya que tienden a inuir en la degradacin del analito bajo ensa-yos de fotlisis. El diagrama de Pareto representado en la gura 3 muestra tanto la magnitud como laimportancia de los efectos (variables e interacciones) ms signicativos, con un intervalo de conanzadel 95 %. El grco de Pareto representado por una lnea de referencia (lnea slida vertical) indicaque algn efecto que sobrepase dicha lnea es potencialmente importante; de esta manera se observaque la variable concentracin de carbofurano representa el efecto ms importante en la degradacin

fotoltica del mismo, el cual fue sometido a radiacin solar bajo lmpara de xenn en simulador solar.

La gura 3 seala el diagrama de Pareto mostrando las interacciones de las variables tomadas en ladegradacin, que se corrobora con la tabla 2 muestra su anlisis de varianza; aunque no es muy per-ceptible en el Pareto, el anlisis de varianza seala con un valor de 0,0488 y 0,0363 para las variablespH y concentracin del carbofurano, respectivamente, que tanto la concentracin como el pH tienenefectos signicativos sobre la degradacin fotoltica del carbofurano.

Es importante anotar que durante este estudio las caractersticas tpicas de un agua supercial comola del ro Ronegro no ejercieron inuencia signicativa sobre la degradacin del carbofurano; estopuede deberse a su alta solubilidad en medio acuoso y su bajo coeciente de adsorcin (Koc), loque comporta un bajo efecto del material disuelto, e indica que las aguas del ro Ro Negro poseenmayor cantidad de material suspendido que de material disuelto, lo que conlleva la pobre jacin delcompuesto.

Figura 3. Grfco de Pareto estandarizado para % de Degradacin

Donde B: concentracin de carbofurano, A: pH y C: Tipo de agua



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Tabla 2. Anlisis de varianza para %Degradacin

Fuente Suma de los cuadrados GL Cuadrado Medio F-Ratio P-Valor

A: pH 104,908 1 104,908 7,85 0,0488

B:C 128,249 1 128,249 9,59 0,0363

C: Agua 20,4624 1 20,4624 1,53 0,2837

AA 101,97 1 101,97 7,63 0,0508

AB 13,546 1 13,546 1,01 0,3711

AC 7,58551 1 7,58551 0,57 0,4933

BC 0,399675 1 0,399675 0,03 0,8711

Error total 53,489 4 13,3722

Total (corr,) 430,61 11

R-cuadrado = 87,5783 por ciento

R-cuadrado (ajustado para g,l,) = 65,8404 por ciento

Degradacin del carbofurano

La mxima remocin de carbofurano lograda durante 90 minutos de irradiacin en simulador solarfue de 30 % bajo una condicin de pH 9 en agua ultrapura como medio de disolucin, Estudios deotros autores indican que mediante fotlisis directa con lmpara UV durante un perodo de 3 horasse produce una degradacin completa (Kuo, 2002), mientras que Bertrand et al,, empleando luz solarsimulada, encontraron un 33 % de degradacin en agua destilada determinada en un perodo de 90minutos, lo cual es consecuente con lo obtenido en el presente estudio (De Bertrand & Barcel,1991), Lo anterior sugiere que la presencia de solo una funcin carbmica hace al carbofurano ms

persistente (Lesce et al,, 2006) y, por lo tanto, bajo luz solar directa la degradacin es ms lenta com -parada con la lmpara UV, una fuente de radiacin de mayor intensidad,

Bajo condiciones normales de degradacin (pH 7 y agua supercial) se establece que un porcentajede degradacin de 9,5 % y una concentracin de 10 mgL-1carbofurano, y no se observa diferenciacon el agua tipo 1; lo anterior orienta el bajo efecto de la fotlisis y, por ende, la persistencia del car-bofurano en las aguas superciales del ro Ronegro, La constante de velocidad de degradacin bajoestas condiciones establece que la degradacin de carbofurano tanto en agua supercial como enagua ultrapura sigue una cintica de primer orden con constantes de velocidad de reaccin de 7,94 x10-4min-1y 8,42 x 10-4min-1, respectivamente, para una concentracin de 10 mg L -1, lo cual indica queno hay diferencia signicativa en la velocidad de degradacin en ambos tipos de agua; por otra parte,estas constantes calculadas establecen una velocidad de degradacin baja para la fotlisis directa enrelacin con otros procesos de degradacin asistida, como es expresado por otros autores previa-

mente, A pesar de que muchos autores establecen que la presencia de materia orgnica disuelta en-lentece la velocidad de fotlisis, es conocido que la disminucin en la velocidad de fotodegradacin seproduce bsicamente bajo dos fenmenos: el debido a la competencia de la materia orgnica disueltacon el carbofurano por los fotones de luz disponibles, y el debido a la unin entre la materia orgnicay el carbofurano (Bachman & Patterson, 1999), No obstante, en este trabajo los estudios realizadosen el agua del ro Ronegro no mostraron un efecto signicativo de la materia orgnica contenida eneste sobre el porcentaje de degradacin del carbofurano ni sobre la velocidad de degradacin,

Mineralizacin

La remocin del COT bajo las condiciones descritas como normales (pH 7 y agua supercial) indica quedespus de 90 minutos de irradiacin en simulador solar solo se produce un 8,43 % de mineralizacin



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en el sistema, siendo el COT inicial de la solucin preparada de carbofurano en agua supercial de

290,25 mg L-1(Kuo, Chiang & Lai, 2006), Estudios anteriores realizados utilizando lmpara de luz UV

indican un porcentaje de mineralizacin de 20 % despus de 270 min de irradiacin para una concen-tracin de 50 mg L-1de carbofurano, Comparando estos resultados con los obtenidos con lmpara

de xenn en nuestro estudio es de destacar la baja mineralizacin obtenida que indica, a la vez, una

baja degradacin fotoltica del carbofurano, lo que conrma su estabilidad ante las variables fotolticas

de reaccin y a la generacin de productos de degradacin que pueden ser ms estables que el com-

puesto padre (Burrows, Canle, Santaballa & Steenken, 2002),

Otros estudios establecen que la velocidad de remocin del COT es disminuida con un incremento

del pH a un rango bsico, lo cual puede ser atribuido a una mayor proporcin de subproductos de la

hidrlisis (como el carbofurano fenol), el cual ha encontrado ser menos biodegradable que su com-

puesto padre el carbofurano, conduciendo a menores remociones de COT para condiciones iniciales

de pH neutras y/o alcalina (Mascolo, Lpez, Detomaso & Guzzella, 2004),

Evaluacin de la toxicidad bajo la condicin de degradacin ms favorable

La solucin preparada de carbofurano en agua supercial en este estudio tiene un EC50 (15 C, 90

min de irradiacin) de 52,2 % a un pH de 7, La toxicidad de las muestras de agua supercial dopadas

con carbofurano a una concentracin de 11,1 mg L -1presentan al tiempo cero un 34,8 % de EC50,

lo que indica una sobrevivencia baja del Vibrio cheri como microorganismo bajo estudio; posterior

a 90 minutos de irradiacin con lmpara de xenn, se observa un EC50 de 52,2 % que indica que se

produjo una reduccin de la toxicidad en un 17,4 %, Lo anterior seala que la baja mineralizacin y

la baja degradacin del carbofurano bajo las condiciones de prueba no aseguran una reduccin sig-

nicativa de la toxicidad del mismo; adicionalmente, otros autores establecieron que incrementando

el pH inicial de la solucin no se observan benecios en la reduccin de la toxicidad de los muestras

de carbofurano (Kuo, 2002),

Lo anterior evidencia que la contribucin de los procesos fotolticos a la degradacin y mineralizacin

del carbofurano requiere largos perodos de exposicin para producir una reduccin signicativa; no

obstante, la fotlisis puede considerarse como el primer mecanismo de degradacin de xenobiticos

en los espejos de agua,

CONCLUSIN

Los procesos fotolticos como mecanismos de degradacin primaria en el ambiente presentan una

contribucin signicativa a la degradacin del carbofurano cuando este se encuentra a concentracio-

nes relativamente altas, para el caso de las aguas del ro Ronegro; ni la presencia de materia orgnica

disuelta ni un valor pH neutro presentaron efecto sobre la degradacin del carbofurano; no obstante,

valores de pH bsicos o cidos tienden a aumentar la degradacin del carbofurano,

Una leve reduccin del COT y de la toxicidad de una solucin de 10 mgL-1de carbofurano fue encon-

trada en este trabajo bajo las condiciones de experimentacin fotoltica,

Se sugiere realizar estudios ms de fondo que incluyan la interaccin entre diferentes compuestos

como los plaguicidas o contaminantes persistentes en el agua del ro y los componentes orgnicos

trpicos del mismo, efectuando pruebas de rangos mltiples para cuanticar el efecto de un mayor

nmerode variables sobre la degradacin global de todos los compuestos target y no target.



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AGRADECIMIENTOS

Al Sistema de Investigacin Lasallista de la Corporacin Universitaria Lasallista y al Grupo Diagnstico

y Control de la Contaminacin GDCON de la Facultad de Ingeniera de la Universidad de Antioquia.

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