“ESTUDIO DE PROCESOS AVANZADOS Y DE BIORREMEDIACIÓN

“ESTUDIO DE PROCESOS AVANZADOS Y DE BIORREMEDIACIÓN

APLICADOS A LA REMOCIÓN DE AGROQUÍMICOS EN AGUAS.

DESARROLLO DE DISPOSITIVOS INNOVADORES PARA EL

MONITOREO AMBIENTAL”

Ciclo de Seminarios de INTEC “Dr. Alberto Cassano”

Dra. Maia R. Lescano

GRUPO INGENIERÍA DE LOS FOTORREACTORES Y TECNOLOGÍAS

AMBIENTALES Investigadores: 17

Personal de Apoyo: 5

Becarios Doctorales/Postodctorales: 7

Cientibecarios/ Pasantes/Tesinistas: 11

https://servicios.intec.santafe-

conicet.gov.ar/grupos/gifor/

Sistemas de biopurificación aplicados al tratamiento de efluentes con

agroquímicos

Aplicaciones del proceso UV/H2O2 para el tratamiento de efluentes contaminados

con agroquímicos

PROYECTOS EN EJECUCIÓN

PICT 2015 FONCYT: “Sistemas de biopurificación y combinación de

procesos fisicoquímicos para el tratamiento de efluentes con

agroquímicos”

Universidades Agregando Valor 2018 SPU 2019: “Descontaminación

de efluentes provenientes del reciclado de envases de

agroquímicos mediante la tecnología de biolechos”

ANR Social 2016 FONTAR: “Desarrollo de un proceso a escala piloto

para la descontaminación del agua de lavado de envases de

agroquímicos mediante la utilización de tecnología avanzada de

oxidación” Aprobado como PDTS

Institución beneficiaria: Cooperativa Agrícola Mixta de Margarita LTDA

Convenio con empresas y Cooperativas de la Región

CAI+D 2016 - UNL

INTEGRANTES DE LOS PROYECTOS Cristina Zalazar (Dra. Tecnología Qca.)

Ma. Milagros Ballari (Dra. Tecnol. Qca.)

Maia Lescano (Dra. Tecnol. Qca)

Carolina Masin (Dra. Cs. Biológicas)

Alba Rodríguez (Lic. Biodiversidad)

Eduardo Vidal (Mag. Gestión Amb.)

Julieta Pioli (estudiante Lic. en Biotecnología)

Rosario Morel (Ing. Ambiental)

Alejandra Durán (Mag. Gestión Amb)

Roberto Romero (Mag. Ing. Qca)

Nerina Fussoni (estudiante de Lic. en Biotecnología)

Sofía Lammertyn (Lic. Cs. del Ambiente)

Luciana Manelli (Ing. Ambiental)

Manuela Garibaldi (Ing. Ambiental)

Emilia Fernández (Dra. Cs. Químicas)

Julieta Ávila (Ing. Ambiental)

Andrea Diaz (Ing. Ambietal)

Grupo

multidisciplinar

-Biología

-Química

-Ingeniería

-Tecnología

PROBLEMÁTICA DE LOS AGROQUÍMICOS

Fuentes: Kieffmann Group (1997-2012), Pampas Group (2013)

Evolución del mercado de agroquímicos en Argentina


Los herbicidas siguen siendo el principal segmento del mercado, seguido por el de insecticidas.

Muchos de estos compuestos exhiben persistencia en el ambiente y pueden provocar efectos tóxicos en los organismos vivos.


Diseño y operación

Aplicación de bioensayos

Desarrollo de técnicas analíticas

Modelado del transporte y

degradación de los contaminantes

• Proceso UV/H2O2: Optimización

de condiciones operativas

• Vermifiltros

• Procesos de Biorremediación: LECHOS

BIOLÓGICOS

Abordaje de una solución integral del problema

Altas concentraciones

Bajas concentraciones

PROCESO UV/H2O2

Agroquímicos

UV/H2O2 DEGRADACIÓN

Long. Onda = 253 nm OHOH h 222

PROCESO UV/H2O2

Tesis doctoral Alejandro Lopez, 2018

PROCESO UV/H2O2

Conversión máxima: pH = 7,13 y R = 10,13 Variable Rango/Valor

Concentración inicial de

COT

30 mg L-1

pH inicial 3 - 10

Concentración inicial de

H2O2

120 - 1500 mg L-1

Radiación UV incidente 22.4 x 10-9 Einstein cm-2 s-1

Temperatura de reacción 25 °C

Tiempo de reacción 8 h

Evaluación efectividad de

tratamiento

Bioensayos


Ensayos de

germinación

Mezcla de herbicidas comerciales

(glifosato – atrazina – 2-4 D)

PROCESO UV/H2O2


0

50

100

150

2 6 8 10 12 16

IG (

%)

Tiempo (h)

Ensayos de

germinación

0

3

6

9

12

15

18

21

2 6 8 10 12 16

Lo

ng

. R

ad

. (m

m)

Tiempo (h)

Reducción de fitotoxicidad

LECHOS BIOLÓGICOS O BIOBEDS Colectar y descontaminar líquidos residuales con alta concentración

de agroquímicos

10 cm

50 cm

Fotografía: Castillo et al., 2008

Arcilla

(impermeabilizar) Cubierta vegetal (regulador de H, indicador de derrames)

Biomezcla:

- Paja (50%)

- Suelo (25%)

- Turba (25%)

LECHOS BIOLÓGICOS

Fotografía: Karanasios et al., 2012

SIMPLICIDAD

BAJO COSTO

EFICACIA

USO DE MATERIALES LOCALES

LECHOS BIOLÓGICOS

DIRECTAS INDIRECTAS

LECHOS BIOLÓGICOS - ESCALADO

Evaluación de sustratos, uso de materiales locales de bajo costo

disponibles en la región

LECHOS BIOLÓGICOS – LABORATORIO I

Biolechos Cajas 30 L Composición

Suelo – Rastrojo trigo 50 – 50

Suelo – Rastrojo de trigo –

Resaca de río

50 – 50

Suelo - Paja de alfalfa-

Resaca

50-25-25

Suelo – Paja de alfalfa 100

Suelo 100

Contaminación con glifosato 1000 mg/kg de biomezcla


0

20

40

60

80

100

10 16 25 43 63

Gly

pho

sate

degra

dation

(%)

Time (days)

Suelo - rastrojo de trigo Suelo - rastrojo de trigo -resaca

Suelo-Paja de alfalfa Suelo - Paja de Alfalfa - resaca

Suelo


LECHOS BIOLÓGICOS – LABORATORIO II Vermirremediación

LECHOS BIOLÓGICOS – LABORATORIO II

LECHOS BIOLÓGICOS – LABORATORIO III

Biolechos Cajas 30 L Composición

Suelo – Rastrojo trigo 50 – 50

Suelo – Rastrojo de trigo –

Resaca de río

25 – 50-25

Suelo - Rastrojo de Maíz 50-50

Suelo – Rastrojo de Moha 50-50

Suelo –Rastrojo de Moha-

Resaca de Río

25-50-25

Suelo – Rastrojo de Repollo 50-50

Suelo – Rastrojo de Trigo

soja

50-50

Contaminación con atrazina , 2-.4D y glifosato : 250 mg/kg de biomezcla

Cientibeca Julieta Pioli, 2018 - 2019


2,4-D Atrazina

r=0.9998 r=0.9999

LD(mg/L)=2.55 LD(mg/L)=0.77

LQ(mg/L)=7.74 LQ(mg/L)=2.34

Sensibilidad=579

54

Sensibilidad=229

751

Recuperaciones entre 60 y 89%

Coeficiente de variación < 12%

Validación de las técnicas analíticas

10/20 ml extrayente + 5 g biomezcla

30 min agitación

1/ 2 hs de ultrasonido

Centrifugación 3500 rpm

Filtración Detección y

cuantificación por HPLC/UV

Cientibeca Julieta Pioli, 2018 - 2019


T→ Suelo, Rastrojo Trigo

TR → Suelo, Rastrojo Trigo, Resaca

M → Suelo, Rastrojo Moha

MR → Suelo, Rastrojo Moha, Resaca

Ma → Suelo, Rastrojo Maíz

TS → Suelo, Rastrojo Trigo-soja

Re → Suelo, Rastrojo Repollo

Alta performance de las

biomezclas para degradar

agroquímicos

LECHOS BIOLÓGICOS – MEDIANA ESCALA I

50 litros

Composición: suelo y rastrojo de trigo

(50:50)

Convenio con empresa

180 días de ensayo

BIOLECHO A BIOLECHO B

Pasantía y Tesina, Nerina Fussoni, 2018 -2020

No se detectó ninguno de los agroquímicos en

ambos sistemas

0

0,1

0,2

0,3

0,4

0,5

0,6

Antes deaplicar

0 15 30 60 120 180Acy

ivid

ad

Feno

loxid

asa

s (U

/kg

)

Tiempo (dias)

Biolecho B Biolecho A

0,00

10,00

20,00

30,00

40,00

50,00

60,00

70,00

80,00

90,00

Antes deaplicar

0 15 30 60 120 180

Fluo

resc

ein

a lib

era

da (

µg/

g*h

)

Tiempo (dias)

Biolecho B Biolecho A

Actividades

biológicas

FDA – Hidrólisis de la

Fluoresceína Diacetato

FOX – Actividad

Fenoloxidasas

Hongos

Bacterias

LECHOS BIOLÓGICOS – MEDIANA ESCALA I

150 L de efluente se lo aditivó con Atrazina, Glifosato, Carbendazim, Imidacloprid,

Prometrina en alta concentraciones (20 ppm de cada uno aprox)

Se recircularon 700 L de efluente en los 180 días de ensayo

4 L/día

Mezcla Suelo Moha 50:50

700 kg

LECHOS BIOLÓGICOS – MEDIANA ESCALA II Convenio con empresa

Magister Luciana Manelli, 2019 –2020

Pasantía Manuela Garibaldi, 2019- 2020

Instalación de biolechos para lavado de mochilas – INTA Estación Ángel Gallardo

LECHOS BIOLÓGICOS – MEDIANA ESCALA III

LECHOS BIOLÓGICOS – ESCALA CAMPO

25 % suelo, 25 % resaca de río y 50 % rastrojo de trigo.

Margarita, Santa Fe (ARN Social)

En construcción!

LECHOS BIOLÓGICOS – BUENAS PRÁCTICAS

Fecha tentativa de salida a discusión pública: Noviembre 2019

TRABAJOS EN COLABORACIÓN Desarrollo de formulaciones basadas en nano y micropartículas de ligninas para la

liberación controlada de agroquímicos. Responsable de la línea: Diana Estenoz

Carlos Busatto, Eugenia Taverna, Diana Estenoz

TRABAJOS EN COLABORACIÓN Desarrollo de formulaciones basadas en nano y micropartículas de ligninas para la

liberación controlada de agroquímicos. Responsable de la línea: Diana Estenoz

Carlos Busatto, Eugenia Taverna, Diana Estenoz

TRABAJOS EN COLABORACIÓN

Aplicaciones ambientales: Detección, comparación, monitoreo

Desarrollo de plataformas versátiles para el biosensado ambiental. Responsables de la línea: Claudio L.A. Berli y M. Lucila Satuf

Claudio L. A. Berli, M. Lucila Satuf, Joana Macagno

Sensores

Semillas Enzimas de

microorganismos

ENSAYOS DE FITOTOXICIDAD

En el período de germinación y los primeros días del desarrollo de la plántula ocurren numerosos procesos fisiológicos en los que la presencia de una sustancia tóxica puede interferir alterando la supervivencia y el desarrollo normal de la planta

Período de gran Sensibilidad para factores

externos adversos

La evaluación del efecto de elongación radicular de las plántulas permite ponderar el efecto toxico de compuestos solubles presentes en concentraciones tan bajas que no inhiben la germinación pero pueden retardar o inhibir los procesos de elongación radicular

Semillas de L. sativa (recomendada por organismos internacionales)

IRAM 29114, ISO 1995, US EPA, 1996, OECD, 2003

Económico y nos aporta mucha

información

Monitoreo ambiental

Control de calidad de aguas residuales

Respuestas ecotoxicológicas

ENSAYOS DE FITOTOXICIDAD Método tradicional en cajas de Petri

Condiciones del ensayo

Tipo de ensayo Estático

Temperatura 24ºC ±2

Calidad de luz Oscuras

Volumen de solución 4-5 mL

Agua de dilución Agua destilada

Número de semillas por

réplica

10 a 20

Número de réplicas 3-6

Duración del ensayo 120 horas

Efecto medido Inhibición en la

germinación

Inhibición en la

elongación radicular

Número de semillas: 20

Réplicas: 5

n= 100 (por muestra)


A través del número de semillas germinadas (N) y el valor de elongación radicular (E, mm) :

𝐸𝑅 =𝐸𝑚 − 𝐸𝑐

𝐸𝑐 𝐺 % =

𝑁𝑚𝐸𝑚

𝑁𝑐𝐸𝑐𝑥100

ÍNDICE DE ELONGACIÓN RADICULAR ÍNDICE DE GERMINACIÓN

(a) 0 a −0.25 baja toxicidad,

(b) −0.25 to −0.5 moderada,

(c) −0.5 to −0.75 alta y

(d) −0.75 to −1 muy alta.

ER<0 = Toxicidad (Bagur-González et al., 2011)

ER>0 = Estimulación de la raíz (hormesis) G < 60% : Fitotoxicidad

Zucconi, 1985

Ortega, 2000


Problemas:

Raíces crecen entrelazadas y mezcladas

Necesario pasos de extracción cuidadosa

alineación de las raíces y medición

Riesgo de rotura de raíces, perdiendo

número de réplicas

Alto consumo de tiempo del operador

Tareas muy demandantes

Baja Precisión

t=0 t=120 h

ENSAYOS DE FITOTOXICIDAD Método en plataforma versátil “Plant Chip”


Ventajas:

Es totalmente transparente para permitir la observación y fotografía de

manera directa

Cada semilla posee un canal individual

La elongación radicular es recta y no se entrelaza con otras raíces

La radícula puede ser medida directamente, medición directa o toma de

imágenes

La toma de datos puede hacer sin interrumpir el experimento


Evaluación de la performance del dispositivo

Elongación radicular e índice de elongación radicular (RE)

Table 1

Root elongation of L. sativa in MA (Plant Chip) and PD

(Petri Dish) experiments

Control System 𝐸 (mm) SD CV

MA 17.4 5.2 29.7

PD 21.8 6.4 29.6

Glyphosate (mg L-

1)

0.01 MA 21.9 5.3 24.1

0.01 PD 24.3 8.8 36.0

0.1 MA 19.0 7.4 39.2

0.1 PD 23.5 8.5 36.0

1 MA 15.8 6.1 38.2

1 PD 21.7 7.0 32.1

10 MA 10.3 3.3 32.4

10 PD 13.5 4.0 29.5

100 MA 4.7 0.9 19.7

100 PD 6.3 2.1 33.3

1000 MA 4.0 1.0 24.6

1000 PD 4.1 1.2 29.1


Evaluación de la performance del dispositivo

Índice de Germinación (G) y Niveles de Toxicidad

L. sativa bioassays results

Glyphosate

(mg L-1)

Level of

toxicity(*)

Phytotoxicity(**)

MA PD MA PD

0.01 >0 >0 - -

0.1 >0 >0 - -

1 Low Low - -

10 Mode

rate

Modera

te

Yes Yes

100 High High Yes Yes

1000 Very

high

Very

high

Yes Yes

(*) Bagur-González et al., 2011 (**) Zucconi et al., 1985; Ortega et al., 2000


Aplicación de medición en función del tiempo

Observación directa en

tiempo real

Se puede seguir la germinación y

elongación de las raíces individuales “en

vivo”

Se puede funcionalizar para realizar

ensayos mas complejos y obtener mayor

información

No solo para tóxicos., sino para agentes de

crecimiento

PLANT CHIP GROUP!

1 era. mención por su calidad técnica y/o potencial innovador

“Dispositivos para el diagnóstico y monitoreo de ensayos

biológicos combinados con teléfonos celulares”

PLANT CHIP GROUP!

Objetivo siguiente: Diseños adaptados a las necesidades del cliente, desarrollos

FUTURAS PLATAFORMAS Y ENSAYOS CON APLICACIONES AMBIENTALES

Dispositivo para medir cuán “vivo” está el suelo: Mediante una reacción enzimática colorimétrica Dispositivo de interacción fungi-seed Screening de interacciones benéficas e identificación de fitopatógenos

Imagen adaptada de Stanley et al. 2015 Lab on a Chip

Micro-ambiente

controlado

Toma de imágenes

de alta resolución

Visión inaudita de los eventos biológicos la

interacción de los microorg. entre ellos y con el

ambiente

Dispositivos en camino

Pasantía Angie Masciángelo, 2019-2020

“Si quieres ir rápido, ve solo. Si quieres

llegar lejos, ve acompañado”

Documents

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