Aplicación de técnicas de remediación (fotocatálisis heterogénea y solarización) para minimizar la presencia de residuos de insecticidas en agua y suelo

Résumé

Aplicacion de tecnicas de remediacion (fotocatalisis heterogenea y solarizacion) para minimizar la presencia de residuos de insecticidas en agua y suelo Isabel Garrido Martin Facultad de Quimica. Universidad de Murcia. Murcia, Espana Memoria presentada para aspirar al Grado de Doctor en Quimica. RESUMEN La aplicacion de plaguicidas para proteger a los cultivos de plagas y enfermedades es una practica agricola habitual. Los plaguicidas han sido los causantes del aumento en la produccion de alimentos en las ultimas decadas, pero su uso ha producido, en determinados casos, una gran cantidad de efectos adversos que pueden afectar a la salud de las personas que los manejan, al Medio Ambiente y al consumidor. La Agricultura es una de las pocas actividades donde se introducen deliberadamente en el medio ambiente sustancias quimicas, y la consecuencia directa de su aplicacion es la generacion de un residuo. Estos residuos pueden ocasionar graves problemas de contaminacion debido a su permanencia y acumulacion en el suelo (aumentando su persistencia en las zonas donde ha sido tratado), a su movilidad en el agua, el suelo y el aire (favoreciendo la contaminacion de territorios alejados de la zona original de aplicacion, entre los que se encuentran cursos de aguas superficiales y subterraneas), a sus productos de degradacion (presentando, en ocasiones, una estabilidad y toxicidad mayor que la de los productos de partida), y a la posibilidad de acumulacion en los organismos expuestos por su capacidad de biomagnificacion (pudiendo provocar trastornos toxicologicos en los seres vivos sobre los que incide). De todos los riesgos asociados al empleo de plaguicidas, el que mas preocupacion genera es su presencia en el producto final y sus repercusiones en la salud del consumidor. La erronea creencia de que tanto el suelo como el agua tienen la capacidad de diluir y depurar todos nuestros residuos ha provocado un deterioro alarmante en la calidad y disponibilidad de estos recursos fundamentales. Numerosos estudios acreditan la presencia de concentraciones residuales de plaguicidas en suelos y aguas superficiales y subterraneas de todo el planeta, lo que ha generado una gran preocupacion social. Debido a esto, en las ultimas decadas se ha impulsado el desarrollo de nuevas tecnologias cuyo objetivo es la descontaminacion y reutilizacion de los recursos contaminados por la accion antropogenica. En este contexto, proponemos dos tecnicas de remediacion, la fotocatalisis heterogenea y la solarizacion, para la eliminacion, o al menos reduccion, de los niveles residuales de determinados insecticidas en aguas y suelos, respectivamente. II La fotocatalisis heterogenea es un proceso avanzado de oxidacion basado en procedimientos cataliticos y fotoquimicos capaces de producir cambios profundos en la estructura quimica de los contaminantes. En este proceso, los solidos semiconductores, que actuan como fotocatalizadores, absorben directa o indirectamente la radiacion UV y generan radicales hidroxilo (¿¿OH) en contacto con el agua. Este radical es un potente oxidante, capaz de degradar rapidamente a muchos compuestos organicos hasta dioxido de carbono, agua y sales minerales. Por otra parte, la solarizacion es una tecnica de desinfeccion en la que se expone un suelo, humedecido previamente y cubierto con un plastico transparente, a la luz solar durante los meses de mas altas radiaciones. Durante este proceso la temperatura del suelo alcanza niveles letales para muchos hongos, bacterias, nematodos y semillas de malezas; ademas de provocar complejas modificaciones en las propiedades quimicas, fisicas y biologicas del suelo. Aunque originalmente fue concebida como una tecnica alternativa a la desinfeccion del suelo con bromuro de metilo, recientes trabajos sugieren que esta tecnica afecta a la persistencia de los plaguicidas en el suelo, pudiendo ser empleada para su descontaminacion. Por ello, en este trabajo se ha estudiado la eliminacion de residuos de ocho insecticidas (acetamiprid, imidacloprid, tiametoxam, espirodiclofen, espiromesifen, espirotetramat, clorantraniliprol y fluben-diamida) en aguas y suelos contaminados, mediante dos tecnicas de remediacion (fotocatalisis heterogenea y solarizacion). Para la degradacion de estos compuestos en aguas se optimizo y evaluo el proceso de fotocatalisis heterogenea, utilizando diferentes sistemas de reaccion basados en las combinaciones entre cuatro catalizadores (TiO2, ZnO, ZnTiO3 y Zn2TiO4) y un agente oxidante (Na2S2O8). En el caso de la remediacion de suelos se valoro el efecto de la solarizacion sobre la persistencia y degradacion de estos contaminantes. Los resultados obtenidos en los experimentos de fotocatalisis muestran que el sistema ZnO/Na2S2O8 es el mas efectivo a la hora de eliminar los contaminantes estudiados, alcanzandose la mineralizacion completa de acetamiprid, imidacloprid, tiametoxam, espiromesifen y espirotetramat tras 5, 2, 5, 60 y 5 min, respectivamente, y reduciendo la cantidad de clorantraniliprol, espirodiclofen y flubendiamida a valores inferiores al 0,3, 0,5 y 5 %, respectivamente, de la concentracion inicial tras 120 min de irradiacion con luz artificial. En cuanto al estudio de la eficacia de la tecnica de solarizacion, los resultados obtenidos muestran una mayor degradacion en los suelos sometidos al tratamiento de desinfeccion frente a los suelos a los que no se les realizo ningun tratamiento. Este incremento en la disipacion de los insecticidas puede deberse al aumento de la temperatura del suelo, provocada por el uso de la cobertura de plastico, ya que esta directamente relacionada con el aumento de la actividad microbiana, ademas de favorecer procesos que afectan a la degradacion, como son la desorcion y la accion de sustancias cataliticas.