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Introducción
Los contaminantes emergentes también denominados micro contaminantes, son compuestos de distintos origen y naturaleza que durante mucho tiempo han sido ignorados debido a su baja concentración en el orden de mg/L o ng/L (Barceló & López, 2012) Hasta hace muy poco no se habían considerado como perjudiciales y hasta el momento no se cuenta con normas regulatorias. Dentro de este grupo se encuentran actualmente los productos derivados de los domisanitarios y fármacos en general, sustancias químicas como pesticidas, productos de cuidado personal, plastificantes, hidrocarburos, hormonas y drogas ilícitas, muchos de ellos se comportan como disruptores endocrinos, provocando efectos negativos sobre la salud humana y el medio ambiente. La presencia de compuestos farmacéuticos en cuerpos de agua y sus efectos ecotoxicológicos se han convertido en un tema de interés mundial. Se encuentran en el medio ambiente por la eliminación ineficiente en los procesos de tratamientos convencionales, primarios, secundarios y biológicos, empleados en las estaciones depuradoras de las aguas residuales y aún con los tratamientos terciarios generalmente más costoso y complejos, pueden no ser suficientes para la eliminación total de los microcontaminantes. La mayoría de los microcontaminantes no se metabolizan completamente después de la ingestión humana y como resultados de sus metabolitos y algunos compuestos originales se excretan y llegan a los sistemas de alcantarillado, y en alguna degradación del contaminante pueden generar producto con mayor toxicidad y persistencia que el propio precursor (Gilabert Belmonte, 2019; Hijosa Valsero et al., 2019).
Los microcontaminantes orgánicos de origen farmacéuticos más estudiados son el ibuprofeno y el paracetamol y han sido seleccionados para la investigación debido a su alto consumo en todo el mundo y encontrados en ambientes acuáticos de acuerdo su persistencia, baja degradación y los posibles efectos en el ambiente ( Zhang et al., 2017 ). En la actualidad se han desarrollado diversas metodologías de remediación entre ellas la fitorremediación y el empleo de humedales construidos que hace uso de los sistemas con macrófitas, llamados también filtros verdes o biofiltros, con el fin reducir la concentración o peligrosidad de contaminantes orgánicos e inorgánicos. La fitorremediación es una alternativa de remediación que propone la aplicación de humedales construidos, una ecotecnología para eliminar los contaminantes convencionales y también los productos farmacéuticos en general (Verlicchi & Zambello, 2014). En este contexto es relativamente nueva y los mecanismos que implican en la eliminación de contaminantes pueden estar clasificados por procesos bióticos (degradación microbiológica, biopelícula, absorción, desintoxicación de raíces y plantas) y procesos fisicoquímicos (evaporación, fotodegradación, oxidación, hidrólisis, retención o absorción de raíces en el lecho de grava). (Kaur e et., al 2021; Hijosa Valsero, et al 2019).
El objetivo de este trabajo fue evaluar la cinética de remoción del ibuprofeno, paracetamol y el contenido de clorofila desde un efluente doméstico mediante la macrófita acuática Typha dominguensis en humedales flotantes a escala de mesocosmos y analizando los fármacos mediante cromatografía líquida de alta performance (HPLC).
Materiales y Métodos
Sitio de estudio
Los ejemplares de T. dominguensis fueron colectados de los humedales del Lago Ypacaraí (Latitud 25º21.978´ S; longitud 57º18.179´ O). Las macrófitas fueron trasladadas y aclimatadas en el invernadero 30 días antes del inicio del experimento para su adaptación y reproducción. (Fig. 1)
Figura 1 Vista frontal del invernadero (izquierda) y aclimatación de ejemplares en condiciones de invernadero (centro y derecha)
Durante la aclimatación para el ensayo preliminar, se realizó el reemplazo gradual del agua de origen por el agua de grifo con nutrientes APHA Modificado (Peterson and Moody, 1997). En el ensayo final se realizó el mismo procedimiento con el reemplazo gradual del agua de origen por el efluente a tratar. El cual se obtuvo del registro sanitario de salida de la Facultad de Ciencias Exactas y Naturales (FACEN).
El montaje del experimento se realizó en el invernadero del Laboratorio de Biotecnología Ambiental de la FACEN.
Diseño Experimental
Se realizó un diseño en bloques completamente al azar, a una concentración de 25 mg.L-1 de cada fármaco. Los controles positivos se realizaron con los contaminantes y sin plantas. Como control bio- lógico se utilizaron las plantas sin los contaminantes presentes en el agua. (Fig. 2)
Compuestos farmacéuticos
Los compuestos comerciales del paracetamol, ibuprofeno fueron adquiridos de farmacias locales, en su presentación en tabletas con principios activos de 400 mg de ibuprofeno, paracetamol de 500 mg. Se pesaron 10 tabletas y se realizaron los cálculos de los pesos promedios del principio activo con las concentraciones ensayadas, se trituraron para homogeneizar, luego se agregaron a cada unidad experimental correspondiente cantidad adecuada para tener 25 ml/L de cada fármaco.
Toma de muestras
El tiempo en las condiciones de exposición fue de 14 días. En cada unidad experimental se tomaron alícuotas de 10 mL de las aguas del tratamiento (Fig. 3) y controles en los siguientes tiempos: 0, 1, 2, 7, 10, 14 días de exposición, en frascos adecuados y refrigerados hasta el momento del análisis.
Figura 3 Labores en el invernadero. A) Toma de muestras en los tratamientos. B) Observaciones y mediciones in situ de algunos parámetros fisicoquímicos
Ensayo de remoción de contaminantes emergentes en efluente a escala de mesocosmos
El experimento consistió en colocar 9 recipientes (60 L) con tres réplicas a una sola concentración final de cada fármaco, así como los controles en las mismas condiciones, con control biológico (efluente+ macrófitas) y controles positivos (efluente + 25 mg.L-1 de los contaminantes sin las macrófitas). Para proporcionar la flotabilidad de las macrófitas se diseñó y construyó un soporte con un marco de hierro (diámetro: 40 cm) y una red de PVC (díametro: 20 mm), donde se dispusieron 7 plantas en cada recipiente (Fig. 4). El volumen total en cada unidad experimental fue de 40 litros de efluente proveniente de la FACEN, con la adición de los fármacos.
Análisis cromatográfico
Las alícuotas de muestras colectadas y refrigeradas fueron analizadas en el Departamento de Investigación y Desarrollo Instituto de Tecnología, Normalización y Metrología (INTN). Las muestras se filtraron a través de filtros de jeringa de poliamida de 0,45 µm y los análisis se realizaron por HPLC- UV (Fig. 5).
Figura 5 Lectura de las muestras y equipo de HPLC utilizados en la cuantificación de contaminantes emergentes. Laboratorio del Departamento de Investigación y desarrollo OIAT-INTN
Para la selección de la longitud de onda del detector UV, se preparó una solución de un estándar de 25 mg/L de cada analito, realizando un barrido espectral UV-Vis en el rango de 200 a 400 nm, de- terminando la longitud de onda que puede aplicarse en común para ambos analitos.
Las muestras se leyeron a 230 nm por triplicado en las siguientes condiciones: columna C18, fase móvil, acetonitrilo y buffer de fosfato (1:1) a pH 6, detector UV-Vis a 230 nm, volumen de inyección 10 microlitro, velocidad del flujo 1 mL por minuto, temperatura a 40 °C.
Determinación de clorofila
Se realizaron determinaciones de contenido de clorofila en las macrófitas, se homogeneizaron 0,1 g de hoja del material vegetal fresco en 10ml de etanol absoluto. Se centrifugaron a aproximadamente 2500 rpm durante 5 min a 15 ºC. La cuantificación de la clorofila se realizó mediante lecturas espectrofotométricas a 664nm (Wintermans y de Mots 1965). Estos procedimientos se llevaron a cabo en laboratorio de Instrumental del Departamento de Química de FACEN (Fig. 6).
Análisis de resultados
Para la evaluación de los resultados de los experimentos se realizó el análisis de la varianza ANOVA, Prueba T, a un nivel de confiabilidad de valor P<0.05. Los resultados se analizaron con el paquete estadístico SPSS.
Resultados y DiscusiónFig 8
La Typha domingensis no mostró signo de fitotoxicidad en las condiciones de estudio para la mezcla de paracetamol e ibuprofeno. El ensayo de la cinética de remoción de los fármacos en las condiciones de ensayo y el sistema empleado muestra que ambos fármacos presentan distintos órdenes de decaimiento de la concentración inicial. (Figura 7)
2=1
Como se observa en la Figura 9, las eficiencias de remoción para el compuesto del paracetamol fueron de 86, 5 %, lo que se considera relativa- mente alto, 65,1 % de ibuprofeno, respectivamente, mientras que para el control fue de 7, 2 % para el compuesto del paracetamol y 3,6 % de ibuprofeno, atribuyendo a la biodegradación como uno de los principales mecanismos de eliminación.
planta, y la eficiencia de eliminación depende en gran medida de la biomasa y los exudados de la planta y biopelículas formadas en sus superficies. Según Matamoros et al., (2012) la concentración inicial de ibuprofeno y la densidad de la biomasa de la planta podrían estar relacionados directamente en la eliminación través de la biodegradación atribuyendo al principal mecanismo y la absorción de la planta. Los autores también mencionan que el ibuprofeno es un compuesto biodegradable pero no así fotodegradable por la generación de exudados por las plantas y la actividad microbiana asociada al biofilm en la superficie de las plantas.
El acetaminofén, conocido como paracetamol, es un compuesto neutro, soluble con log K ow de 0,46 y un pKa de 9,4. Según Lin et al., (2010) , la biodegradación es uno de los principales mecanismos para la eliminación del paracetamol en humedales construidos. Vymazal et al., (2017) observaron remoción del acetaminofén del 86% al 99% en sistemas CW plantados con P. australis y P. australis y P. arundinacea, indicando que la remoción esta correlacionado directamente con la temperatura de entrada del efluente.
Determinación de clorofila en macrófitas
Se realizó la determinación del contenido de clorofila en las macrófitas (Tabla 1), con el fin de observar si el desarrollo de las macrófitas se ve afectado por la presencia de los contaminantes en estudio, se obtuvieron los valores del contenido de clorofila tanto en los ejemplares del control expuestas sin la presencia de contaminantes, y en los tratamientos de las macrófitas expuestas a los contaminantes.
| Tratamientos | Promedio (g Clorofila/100g de peso fresco) | P valor Prueba T |
|---|---|---|
| Control negativo | 9,20 | 0,625 |
| Tratamiento | 9,90 | 0,650 |
El análisis estadístico de los datos indica que la cantidad de clorofila entre la muestra evaluada del tratamiento con Typha dominguensis y el control negativo no poseen diferencias significativas (P>0,05) La variable del contenido de clorofila no estaría relacionada con los efectos de los contaminantes en el tratamiento, puesto que a los 7 días del inicio del experimento, se observa cambios en la coloración de las hojas en el tratamiento y el control negativo, esta condición pueden estar atribuidas a la falta de nutrientes. (Fig. 10).
Figura 10 Tratamientos en humedal flotante (A) y control negativo (B) a los 7 días del inicio del experimento
Sin embargo, se observó crecimiento de nuevos brotes y raíces, al final del experimento, por lo que las plantas toleraron las condiciones del efluente y mostraron una tasa de crecimiento positiva (Fig. 11)
Conclusiones
Los resultados obtenidos permiten concluir que los ejemplares colectados para adaptación y reproducción resultaron exitosos, donde los ensayos se realizaron con los nuevos ejemplares en condiciones de invernadero. Las eficiencias de remoción al final del ensayo fueron en un 86,5 % para el compuesto del paracetamol, 65,1 % de ibuprofeno.
Las macrófitas mostraron tolerancia a las condiciones del ensayo lo que permitió demostrar una tasa de crecimiento positiva al final del experimento. El contenido de clorofila no se encontró diferencias significativas, por lo tanto, no se vio afectado a la exposición de los fármacos en el tratamiento empleado.
