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Artículo original
Fotodegradación de las aguas residuales con pesticida
Mertect en la industria bananera empleando
Fotocatálisis con Dióxido de Titanio y
Lámpara de Luz Ultravioleta
1 2
Joan Amir Arroyave Rojas / Luís Fernando Garcés Giraldo
3
Andrés Felipe Cruz Castellanos
Línea de Investigación: Tratamiento de Aguas.
Semillero SIGMA y Grupo de Investigación GAMA.
Degradation of waste waters from the banana industry by the use of photocatalysis with titanium dioxide
and ultra violet light lamp
Resumen %v/v de peróxido de hidrógeno, y 100 mg/L de dióxido
de titanio y 1 %v/v de peróxido de hidrógeno. Con-
Introducción. Los pesticidas son compuestos clusión. Los procesos de oxidación avanzados son
químicos sintéticos que poseen la característica de adecuados para la remoción y eliminación del
ser persistentes, lo cual favorece la contaminación pesticida Mertect en las aguas residuales de la in-
de las aguas, la incorporación a suelos, pastizales, dustria bananera.
vegetales y animales comestibles, los que al ser
consumidos actúan como transportadores de los Palabras Clave: Fotodegradación. Fotocatálisis.
pesticidas facilitando su acumulación en los Aguas Residuales. Pesticida. Mertect. Tiabendazol.
organismos vivos en todos los eslabones de la Industria Bananera.
cadena trófica; es por esta razón que reviste
importancia los procesos de degradación y
descontaminación de este tipo de contaminantes. Abstract
Objetivo. Evaluar la fotodegradación del pesticida
Mertect empleando fotocatálisis con dióxido de Introduction. Pesticides are synthetic chemical
titanio y lámpara de luz ultravioleta. Materiales y compounds with the characteristic of being
métodos. En la experimentación se utilizó una persistent, thus helping to contaminate water
lámpara de luz ultravioleta, una cuba de vidrio para and incorporating pollutants to the soils and to edible
el almacenamiento de la solución del pesticida a vegetables and animals that, when eaten, act as
degradar y una bomba que permitía la recirculación pesticide transporters, accumulating that pesticide
de la solución por el sistema de tratamiento; la in living organisms from all the links of the trophic
degradación del pesticida se determinó mediante chain. This is the reason for the great importance of
espectrofotometría ultravioleta/visible. Para el the degradation and decontamination processes of
análisis de la información se empleo el diseño ex- this kind of pollutants. Objective. To evaluate the
3perimental factorial 2 , completamente balanceado. photodegradation of the Mertect pesticide by the use
Resultados. El porcentaje de remoción más alto of photocatalysis with titanium dioxide and ultra violet
fue de 99,5%; este se obtuvo para dos condiciones light. Materials and methods. In the experiment, an
experimentales: 50 mg/L de dióxido de titanio y 1 ultra violet light lamp, a glass bucket to store the
____________________________
1 Ingeniero Sanitario, Candidato a Magíster en Ingeniería Ambiental. Jefe del Programa de Ingeniería Ambiental, Corporación Universitaria
2Lasallista. Coordinador Semillero de Investigación en Gestión y Medio Ambiente – SIGMA. Grupo de Investigación GAMA./ Ingeniero
Sanitario, Magíster en Ingeniería Ambiental, Especialista en Cuencas Hidrográficas, y Especialista en Ingeniería Ambiental. Decano
3Facultad de Ingenierías, Corporación Universitaria Lasallista. Director Grupo de Investigación GAMA./ Estudiante de Ingeniería Ambiental,
Corporación Universitaria Lasallista. Semillero de Investigación en Gestión y Medio Ambiente – SIGMA. Grupo de Investigación GAMA.
Correspondencia: Joan Amir Arroyave Rojas. e-mail: joarroyave@lasallista.edu.co
Fecha de recibo: 05/02/2007; fecha de aprobación:12/06 /2007
REVISTA LASALLISTA DE INVESTIGACIÓN - Vol. 4 No. 1 7pesticide to be degraded and a bomb to recirculate peroxide, and 100mg/L of titanium dioxide and 1%v/
the solution trough the treatment system were used. v of hydrogen peroxide. Conclusions. Advanced
The degradation of the pesticide was determined oxidation processes are adequate to remove and
by visible/ultraviolet spectrophotometry. For the eliminate the Mertect pesticide in the waste waters
3information analysis the 2 experimental factorial from the banana industry.
designs was used, under complete balan-
ce. Results. The highest removal percentage was Key Words: Photodegradation. Photocatalysis.
99.5%, obtained for two experimental conditions: 50 Wastewater. Pesticida. Mertect. Tiabendazol. Banana
mg /L of titanium dioxide and 1% v/v of hydrogen Industries.
favorece la contaminación de las aguas, la incor-Introducción
poración a suelos, pastizales, vegetales y ani-
males comestibles, los que al ser consumidosTreinta años han transcurrido desde que la
actúan como transportadores de los pesticidas“Revolución Verde” introdujo en los países en
facilitando su acumulación en los organismosdesarrollo variedades de productos de alto
vivos. Así mismo, mediante los residuos yrendimiento, empleo de sistemas de riego,
desechos producidos, los plaguicidas o suspesticidas y fertilizantes para incrementar la
productos de degradación vuelven al agua, alproductividad.
suelo, a la flora y fauna; provocando la pérdida
de biodiversidad y la degradación de todos losLos pesticidas o plaguicidas son sustancias
1,4recursos naturales .químicas destinadas a matar, repeler, atraer,
1 enregular o interrumpir el crecimiento de plagas
En Colombia, se utilizan indiscriminadamente ysu sentido más amplio.
sin control grandes cantidades de agroquímicos
para mejorar la productividad de los suelos yConsiderando plaga a aquellos organismos
controlar las plagas.nocivos que transmiten enfermedades, compiten
por alimentos y/o dañan bienes económicos y
En nuestro país, como en el resto del mundo, noculturales. El uso de pesticidas, que se masificó
se puede concebir una agricultura sin plaguicidas,a partir de la segunda guerra mundial, está
pues sin ellos nuestras cosechas disminuiríanestrechamente vinculado con los cambios
en un 50%. El país consume 40.000 toneladasintroducidos en los modelos de producción y
de plaguicidas por año, a través de 1.500cultivo, que duplicaron la productividad de la
formulaciones registradas en el Ministerio deagricultura respecto al resto de la economía. Los
Salud, siendo el segundo consumidor enplaguicidas por sí solos son responsables de al
1Suramérica, después del Brasil .menos el 30% del aumento de la producción.
La dependencia cada vez mayor de los insumosDentro de las sustancias contaminantes, los
5 yquímicos, el uso de pesticidas tóxicospesticidas presentan un amplio uso a escala
peligrosos, la escasez de tierras adicionales paramundial. Los pesticidas ingresan a las aguas
el regadío, a la vez que las pérdidas de suelosnaturales directamente durante su aplicación, a
cultivables por la salinidad y el anegamiento,través de la escorrentía e infiltración de los suelos
hacen necesaria la búsqueda de cultivos másagrícolas, de los efluentes industriales, por medio
1-3 resistentes y productivos, además de modos dedel polvo y del agua lluvia . El problema no reside
protección, mejoramiento de los suelos ysólo en el deterioro del ecosistema terrestre o
conservación del recurso agua; es en éste ítem,acuático, sino en las consecuencias que se
donde los procesos avanzados de oxidaciónderivan por la concentración cada vez más elevada
retoman importancia, para disminuir y eliminarque se va produciendo a lo largo de la cadena
los efectos negativos de los pesticidas en elalimenticia con efectos nocivos graves en los
4 ambiente.niveles tróficos mas elevados .
6El tiabendazol (Mertect 20 SL) , es un fungicidaLa persistencia (resistencia química, física y
para el control del complejo de hongos de labiológica a la degradación) de los pesticidas
8 REVISTA LASALLISTA DE INVESTIGACIÓN - Vol. 4 No. 1pudrición de la corona, del cuello y de los dedos yos de luz ultravioleta, empleando para ello una
del banano y plátano, el cual se produce prin- lámpara de mercurio. El sistema de fotorreactor
cipalmente por la presencia de los hongos lo complementaba una cuba de vidrio que servia
7-Fusarium spp, Colletotrichum sp, Verticillium sp de reservorio para el almacenamiento de la mues-
9; por tal razón, se emplea un fungicida altamente tra problema; además de una bomba sumergible
sistémico con propiedades preventivas y cura- para ejecutar la recirculación del agua residual
tivas, el cual actúa inhibiendo la división celular por la lámpara de luz ultravioleta. Este sistema
de los patógenos y de esta forma evitando la se trabajó con un caudal de 0,05 L/s, y con un
generación del deterioro de la corona de la planta pH de la solución de 5,0. Se utilizó una concen-
de plátano o banano. De esta forma, el Mertect tración inicial de 250 mg/L del pesticida Mertect,
20 SL, es un pesticida empleado para regular el concentración típica de las descargas de los
crecimiento de la corona del banano, y se desechos líquidos de la industria bananera. La
encuentra en los vertimientos de aguas residuales degradación de éste, se determinó mediante el
7,10-13generadas en la industria bananera . empleo de la espectrofotometría UV/Visible des-
pués de cuatro horas de experimentación.
En la actualidad, se encuentra en desarrollo la
aplicación de las tecnologías de procesos Se adicionó la concentración de catalizador
9-11,13-15avanzados de oxidación (POAs) , las (dióxido de titanio) y agente oxidante (peróxido
cuales se basan en procesos de destrucción de de hidrógeno) correspondiente a la combinación
los contaminantes por medio de sustancias que se consigna en la Tabla 1.
químicas conocidas como radicales libres
hidroxilos, las cuales tienen la propiedad de ser
Tabla 1 Combinaciones Experimentales de TiO ,altamente oxidantes; dichos radicales reaccionan 2
H O y porcentajes de remoción obtenidos.con el contaminante y lo transforman en 2 2
compuestos inocuos al ambiente.
TiO (mg/L) H O (%v/v) % Remoción
2 2 2
El proceso de destoxificación mediante 0 0 49,3%
fotocatálisis, consiste en la utilización de la
0 1 99,1%
radiación ultravioleta la cual es muy energética;
0 2 99,0%dicha radiación activa un semiconductor, como
el dióxido de titanio (TiO ) para provocar una serie 50 0 52,1%2
de reacciones primarias de reducción y
50 1 99,5%1,9,10,16,17oxidación , en las que se forma el radical
libre hidroxilo que es la especie oxidante primaria 50 2 99,4%
formada por la descomposición del peróxido de 100 0 36,2%
hidrógeno catalizada por la activación del dióxido
100 1 99,5%de titanio (TiO ). El radical libre hidroxilo es el
2
.segundo agente oxidante después del flúor (HO , 100 2 99,0%
o oE =-2,8 V vs. flúor, E =-3,0 V), y es capaz de
realizar oxidaciones no específicas de algunos
compuestos orgánicos. Cuando se genera una Resultados
concentración suficiente de radical libre hidroxilo
y otros radicales, las reacciones de oxidación En la gráfica 1 se muestran de forma comparati-
de los compuestos orgánicos pueden llegar hasta va los resultados de los ensayos descritos arriba.
1,9,10,11,17una total mineralización .
Los resultados obtenidos para la fotólisis (en
ausencia de dióxido de titanio y peróxido de hi-
Materiales y Métodos drógeno) alcanzó una remoción del 49,3% del
pesticida; lo que indicó que el pesticida es me-
Se empleó una lámpara de luz ultravioleta, la cual dianamente fotoactivo.
posee una cámara o camisote por donde se hace
pasar el afluente del agua residual, allí se realiza Se obtuvieron porcentajes de remoción altos para
la irradiación del agua contaminada con los ra- los experimentos donde se utilizó el agente
REVISTA LASALLISTA DE INVESTIGACIÓN - Vol. 4 No. 1 9oxidante (peróxido de hidrógeno) con concentra- titanio (TiO ), estos fueron 99,1% y 99,0% res-
2
ciones de 1 y 2 %v/v y en ausencia de dióxido de pectivamente.
Gráfica 1. Fotodegradación del pesticida Mertect mediante fotocatálisis
empleando dióxido de titanio
Por otro lado, se observó que al prolongar el tiem-También se observaron en los experimentos don-
po de exposición e irradiación del pesticidade se combinó diferentes concentraciones de
Mertect se incrementa el porcentaje de remocióncatalizador (50 y 100 mg/L de dióxido de titanio)
del mismo, debido al periodo de tiempo en el cualy agente oxidante (1 y 2% v/v), altos porcentajes
se desarrollan las reacciones de oxidación y re-de remoción del pesticida Mertect; por lo cual se
ducción de compuestos en los procesos de oxi-puede definir que los procesos fotoquímicos son
dación avanzada.adecuados para la su remoción.
El análisis estadístico de los datos experimenta-El mayor porcentaje de remoción para el pestici-
les, empleando el ANOVA, encuentra que el agen-da Mertect se presenta para dos combinaciones
te oxidante (peróxido de hidrógeno), y laexperimentales, las cuales corresponden a 50
interacción doble que existen entre los dos fac-mg/L de dióxido de titanio y 1 %v/v de peróxido
tores experimentales (TiO y H O ), poseen unade hidrógeno; 100 mg/L de dióxido de titanio y 1 2 2 2
variación significativa en la variable respuesta, es%v/v de peróxido de hidrógeno, con una remo-
decir, en el porcentaje de remoción del pesticidación del 99,5%.
Mertect, el modelo es significativo estadística-
mente debido a que el error máximo permisible oDe acuerdo con los resultados de degradación
aceptado por el ANOVA para el modelo estadísti-presentados en la tabla 1 en todos los ensayos
co es del 5%. Los resultados obtenidos en eldonde se utilizó peróxido de hidrógeno el por-
modelo empleado, sirven para explicar la degra-centaje de degradación superó el 99% de remo-
dación del pesticida Mertect de acuerdo a losción; por lo tanto, para un futuro tratamiento a
factores definidos, debido a que el valor de pro-escala real se podría utilizar alguna de estas
babilidad es inferior a 0,05 (Tabla 2).combinaciones.
10 REVISTA LASALLISTA DE INVESTIGACIÓN - Vol. 4 No. 1Tabla 2 Análisis Estadístico ANOVA de los Datos Experimentales
Fuente Grados de Suma de Promedio al Coeficiente F Valor de p
Libertad Cuadrados Cuadrado
A:Dióxido
de Titanio 2 148,1 74,1 3,27 0,0617
B:Peróxido
de Hidrógeno 2 17095,3 8547, 7 376,78 <0,001
Interacción AB 4 285,2 71,3 3,14 0,0400
Residuos 18 408,3 22,7
Total (Corregido) 26 17937,1
La gráfica 2 muestra el método utilizado para iden- TiO . Por lo tanto, se muestran unas diferencias
2
tificar las diferencias significativas de Fisher (LSD), estadísticamente significativas a un nivel de con-
en donde se tiene que para la interrelación entre fianza 95,0%; mientras que para la variación en-
el catalizador dióxido de titanio (TiO ), presen- tre 0 – 50 mg/L de TiO y 0 – 100 mg/L de TiO ,
2 22
tando una diferencia significativa entre los nive- no se presenta una variación significativa entre
les experimentales de 50 mg/L y de 100 mg/L de los dos niveles.
Gráfica 2. Medias e Intervalos de Confianza 95% LSD para el Dióxido de Titanio
De esta misma forma en la gráfica 3, se observa hidrógeno poseen diferencias significativas entre
que para los intervalos de los niveles del agente los niveles experimentales; mientras que para la
oxidante – peróxido de hidrógeno con un nivel de variación entre 1 – 2 %v/v de peróxido no se pre-
confianza del 95%, las variaciones de las me- senta una variación significativa entre los dos ni-
dias entre 0 – 1 %v/v y 0 – 2 %v/v de peróxido de veles.
REVISTA LASALLISTA DE INVESTIGACIÓN - Vol. 4 No. 1 11Gráfica 3. Medias e Intervalos de Confianza 95% LSD para el Peróxido de Hidrógeno
podría contribuir al mejoramiento de losDiscusión
desequilibrios ambientales que generan este tipo
de contaminantes en el ambiente.En este estudio se encontró que el pesticida
Mertect se puede eliminar eficientemente por
oxidación química, mediante el empleo de
Conclusiónperóxido de hidrógeno, para el cual se alcanza-
ron porcentajes de remoción del 99% del pesticida.
Con esta investigación se encuentra que la
fotocatálisis heterogénea es un proceso valido ySe identifica la mediana fotoactividad del pestici-
eficaz para el tratamiento de los vertimientos lí-da, y se evidencia que el empleo de peróxido de
quidos que contengan mezclas del pesticidahidrógeno y el dióxido de titanio favorecen las
Mertect, el cual es ampliamente utilizado en lasreacciones de degradación del mismo; esto últi-
regiones de producción y explotación bananera,mo se comprueba de acuerdo al análisis esta-
en donde se emplea para el control de las enfer-dístico del ANOVA, en donde se encuentran dife-
medades en la corona, del cuello y de los dedosrencias significativas entre los diferentes niveles
del banano y plátano. Sin lugar a dudas contribu-de los factores y entre ellos mismos.
ye con el mejoramiento de la calidad de vida de
la población, a la competitividad del sector dePor otro lado, los procesos fotoquímicos mediante
producción y exploración bananera, y a la am-el empleo de la fotocatálisis heterogénea con
pliación del conocimiento tecnológico e incremen-dióxido de titanio (TiO ), logró los mayores por-
2
to de la oferta tecnológica de nuestro país en elcentajes de remoción para el pesticida Mertect
campo del tratamiento de aguas residuales y re-para las combinaciones experimentales de 50
siduos tóxicos.mg/L de dióxido de titanio y de 1 %v/v de peróxido
de hidrógeno, y 100 mg/L de dióxido de titanio y
de 1 %v/v de peróxido de hidrógeno, con una re-
Referenciasmoción del 99,5%.
1. ARROYAVE ROJAS, Joan Amir y CORREASe observa como la fotocatálisis heterogénea
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