EVALUACIÓN DE LA TOXICIDAD DE LOS RESIDUALES DEL DESPULPE HÚMEDO DEL CAFÉ

Torres, J ; De La Rosa, D.; Martínez, F.; Lima, L.; Arencibia, G.1; García, M.; Vargas, L.M.; Pérez, A.

Instituto Superior de Ciencias y Tecnología Nucleares, Ave. Salvador Allende y Luaces, Quinta de Los Molinos, La Habana, Cuba. * jtorres@info.isctn.edu.cu
1- Instituto de Investigaciones Pesqueras, La Habana, Cuba.

RESUMEN
En este trabajo se evaluó el impacto de la toxicidad de las aguas residuales del despulpe húmedo del café, con y sin tratamiento tecnológico, provenientes de la depulapdora "La Felicidad", ubicada en la provincia de Sancti Spiritus. Inicialmente se realizó una caracterización físico-química de las muestras a analizar, evidenciándose una disminución del 60% de la carga orgánica biodegradable inicial al someter las aguas residuales a un proceso físico-químico de tratamiento. Para la evaluación de la toxicidad se utilizaron peces de la especie Brachidanio rerio (cebra) a los cuales se les determinó la concentración letal media a 96 horas (CL50-96), la cual resultó ser de 322 ppm de DBO5. El trabajo arrojó que el residual sin tratamiento causa un efecto letal a la especie en estudio mientras que para el residual tratado tecnológicamente, incluso al 100 %, no causa efecto alguno.

INTRODUCCIÓN
El despulpe húmedo del café se convierte en un grave problema para la conservación de la biota en los ríos de las zonas cafetaleras. Esta producción genera grandes volúmenes de residuales líquidos altamente contaminantes, que tienden a la fermentación, originando un residual ácido que se caracteriza por un alto contenido de carga orgánica, alto contenido de sólidos, y una baja concentración de determinados nutrientes necesarios para el metabolismo de los microorganismos que en ellos se desarrollan, los cuales generan un grave desequilibrio en el ecosistema receptor y sus componentes (1).
En Cuba existen cerca de 350 despulpadoras y la mayoría de estas se encuentran en la zona oriental del país, donde sus residuos van a parar al río Cauto, generando graves problemas ecológicos al mismo. Funcionarios de salud en algunos países donde se cultiva el café, han expresado su preocupación con respecto a los daños de la vida marina en partes de la costa del Pacífico a donde desembocan los ríos contaminados por los residuales del despulpe del café (2, 3). El Instituto Centroamericano de Investigación y Tecnología Industrial con base en Guatemala estimó que, durante seis meses de 1988, el procesamiento de 547 mil toneladas de café en Centroamérica generó 1.1 millones de toneladas de pulpa y contaminó 110 mil metros cúbicos de agua al día, cantidad igual a los desechos generados por una ciudad de 4 millones de habitantes (4).
Por otro lado se ha tomado conciencia en el sobrecosto de la producción de un café suave y de alta calidad utilizando el método del despulpe por vía húmeda, y más aún en el caso de los residuales del café, la tecnología se complica por la tendencia de estas aguas residuales a la fermentación ácida y por la presencia de compuestos orgánicos que provocan la inhibición y la toxicidad (5).
Nuestro trabajo está dirigido a realizar un estudio de evaluación de la toxicidad de los residuales del despulpe húmedo del café con y sin el empleo de un tratamiento tecnológico diseñado en nuestro laboratorio, basado en operaciones físico-químicas (1, 6, 7)

MATERIALES Y MÉTODOS
Efluentes del despulpe húmedo del café.
Se utilizaron las aguas residuales del despulpe húmedo del café cereza de recolección normal, de la cosecha de 1998, despulpado con agua industrial provenientes de la despulpadora la Felicidad, Sancti Spiritus. También se utilizó las aguas residuales del café con un previo tratamiento físico-químico. El tratamiento de los residuales de la despulpadora se efectuó en una planta piloto ubicada en la misma despulpadora en el cual se removía como mínimo 1m3/h.
Se realizaron los siguiente análisis físico-químicos: DQO, DBO, pH, nitritos, nitratos, fosfatos y sólidos totales disueltos y volátiles. (8)
Bioensayos
Los bioensayos de Toxicidad Aguda se realizaron empleando como bioindicador peces de la especie Brachidanio rerio, conocida comúnmente como pez cebra. La longitud de los mismos osciló entre 3 y 5 cm y un peso promedio de 5 g (9, 10). Todos los peces contaban con un tiempo de nacido de 4 meses. Los peces se mantuvieron en observación y aclimatización durante 7 días antes de ser sometidos a las pruebas y se colocaron en dos peceras de 150 L de capacidad, las cuales poseían un sistema de recirculación para la filtración y otro sistema de bombeo de aire para la oxigenación del agua. El agua fue renovada cada vez que bajaba su nivel, utilizando para esto agua declorada y con más de 24 horas de reposo. Se le suministró alimentación (comida para peces) una vez al día durante la aclimatización y se le suspendió 24 horas antes de comenzar el bioensayo.
Los bioensayos se realizaron de forma estática, lo cual permitió sostener a los peces a condiciones drásticas y obtener resultados más confiables sobre la toxicidad de los residuales del despulpe húmedo del café (9, 10). Los experimentos se realizaron en peceras de vidrio con 39.1, 24.4 y 25.0 cm de largo, ancho y altura respectivamente.
Las concentraciones del residual se tomaron partiendo de un ensayo preliminar donde se tomaron concentraciones al azar para determinar el rango de concentraciones adecuadas para el estudio en cuestión. En el ensayo preliminar se tomaron concentraciones de 100, 50, 35, 15, 5, y 1 % de la concentración inicial. A partir de los resultados obtenidos se procedió a estudiar el rango de concentraciones que nos permitiera determinar la concentración letal media de los peces en estudio. El estudio se realizó para un 15, 18, 20, 22, 24 y 30 % del residual inicial, lo que corresponde a 254, 305, 339, 373, 407 y 509 ppm de DBO5.
Se realizaron mediciones de mortalidad para los peces cada 1 hora durante las primeras 12 horas del experimento y cada 12 horas hasta el final del mismo. El experimento duró en total 96 horas, tiempo para el cual se determinó la concentración letal media para los bioindicadores en estudio, también se determinó la concentración letal media para 24 h. En este tiempo de estudio se le realizaron mediciones de temperatura y pH a cada punto del experimento.
Se utilizó un diseño experimental de bloques al azar para los bioindicadores, realizándose dos ensayos, uno con los residuales sin tratamiento y el otro con el tratamiento tecnológico. En todos los casos con tres repeticiones en cada punto. En cada caso se realizaron los controles respectivos que consistieron en la evaluación de los bioindicadores en agua. La unida experimental en cada caso fue de 10 peces en 10 litros de residual y se consideraron como variables independientes la DBO y el pH y como variable dependiente la mortalidad de los peces. Para la determinación del la concentración letal media (CL50) en los peces se utilizó el método del número de Probit (9-11). Los resultados de la prueba de toxicidad se expresaron con probabilidad del 95 %, como la concentración del efluente que genera la mortalidad del cincuenta porciento de los bioindicadores en 96 horas (CL50-96h).

RESULTADOS Y DISCUSION
Los resultados de los análisis físico-químicos de los residuales estudiados se muestran en la tabla 1.
Se observa como disminuyen los valores de DBO5y DQO al aplicar el tratamiento tecnológico, evidenciándose una disminución de la carga orgánica.
Bioensayo con Brachidanio rerio.
En la figura 1 se muestran los resultados obtenidos al estudiar el efecto sobre la mortalidad del bioindicador empleado para los residuales del café sin y con tratamiento tecnológico, resulta evidente la toxicidad de los residuales sin el tratamiento tecnológico mientras que para el residual tratado no se observa efecto alguno sobre la mortalidad de los peces incluso para el residual al 100%, lo que representa que no se observa mortalidad para el residual tratado que posee una DBO5 de 676 ppm, sin embargo para el residual no tratado se observa el 100% de mortalidad para el residual con una DBO5 de 594 ppm, lo que nos demuestra que no sólo la carga orgánica biodegradable influye en la mortalidad de los peces sino que existen otros factores, como pueden ser la cantidad de fenoles, el valor del pH u otros compuestos químicos que pueden influir en la mortalidad de los peces.


Tabla 1. Resultados de los análisis físico-químicos del los efluentes de l despulpe húmedo del café con o sin tratamiento.
Efluente Rsidual sin tratar Residual tratado
DBO5 (mg O2/L) 1696,6 676,9
DQO (mg O2/L) 2300,0 1056,0
pH 5,6 7,5
Nitritos (mg/L) 0.09 0.10
Nitratos (mg/L)  10 11,68
Fosfatos (mg/L) 1.02 0.99
Sólidos totales (g/L) 3.126 2.396
Sólidos disueltos (g/L) 2.343 2.340
Sólidos en suspención (g/L) 0.733 0.056
Sólidos totales fijos (g/L) 0.460 0.286
Sólidos totales volátiles (g/L) 2.666 2.096
Sólidos disueltos fijos (g/L) 0.380 0.110
Sólidos disueltos volátiles (g/L) 2.013 2.230


Figura 1. Efecto de la mortalidad de Brachidanio cebra por lo efluentes del despulpe húmedo del café.
Muestras (1-6): Residual tratado (21, 42, 86, 175, 335 y 676 ppm de DBO5)
Residual sin tratar (17, 85, 254, 594, 848 y 1696 ppm de DBO5)

En la tabla 2 se observan los resultados obtenidos, de acuerdo al rango de concentraciones de DBO5 estudiados posteriormente.
En la figura 2 se muestran los resultados obtenidos en los bioensayos para la determinación de la concentración letal media para 96 horas (CL50-96) de los efluentes del beneficio húmedo del café sin tratar en Brachidanio rerio, utilizando el método Probit, la cual correspondió a una DBO5 de 322 ppm.
Durante el biensayo se evaluó el comportamiento de Brachidanio cebra frente a los residuales del despulpe húmedo del café, el cual se resume en las siguientes etapas:
Etapa exploratoria. Los organismos al ser colocados en las peceras mostraron movimientos rápidos en todo el recipiente y en toda la columna de agua, estos movimientos eran individuales.
Etapa de asimilación. Los peces se restringieron su área de desplazamiento, presentando una tendencia de ubicarse hacia la película de agua y algunos presentaron una posición vertical, la cual se caracterizaba por sacar la boca fuera del agua como tratando de tomar oxígeno de la atmósfera.
Etapa letal. Los organismos presentaron movimientos arrítmicos y parálisis, lo cual culminó con la muerte.
No todas las etapas se pudieron observar el las concentraciones que se determinó la concentración letal media. La etapa de asimilación solo se pudo observar en las concentraciones en que la muerte de los peces fue más lenta, mientras que para concentraciones superiores al CL50 la muerte ocurre casi en pocos segundos. Estas etapas concuerdan con las observadas por Matuk y colab.(12) en sus investigaciones, aunque la especie estudiada en esa ocasión fue Lebistes reticulatus. En la figura 3 se muestra el tiempo de vida de los peces en el bioensayo.

Tabla 2. Porciento de mortalidad y cantidad de peces en estudio por punto experimental
DBO del residual (mgO2/L) Número de animales en el experimento Número de peces sobrevivientes Porciento de mortalidad Promedio total de mortalidad
Replica 1 Replica 2 Replica 3 Replica 1 Replica 3 Replica 2
Control 10 10 10 10 0 0 0 0
254,4 10 10 10 10 0 0 0 0
305,3 10 6 7 7 40 30 30 33
339,2 10 3 2 1 70 80 90 80
373,1 10 0 0 0 100 100 100 100
407,0 10 0 0 0 100 100 100 100
508,8 10 0 0 0 100 100 100 100
Figura 2. Efecto del residual de café a diferentes valores de DBO5 sobre la mortalidad de los bioindicadores

Los resultados anteriores demuestran la toxicidad que presentan las aguas residuales del despulpe sin el tratamiento tecnológico. Los peces son organismos que representan un importante nivel dentro de la cadena alimenticia de su ecosistema, son más complejos, menos versátiles que los niveles inferiores y necesitan un porcentaje de saturación de oxígeno del medio de más de 80 %, el cual no fue suministrado por los efluentes evaluados por la alta carga orgánica de estos.
El pH de los efluentes sin tratar estuvo muy por debajo de los requerimientos (7.5 a 8.5), lo cual puede haber generado efectos de irritación de los epitelios de la región branquial y bucal, hemorragias y finalmente la muerte. En el caso de los efluentes tratados el pH es 7,3 y se ajusta a los requerimientos del pez y además, contiene solamente un 40 % de la carga orgánica inicial. Los resultados obtenidos concuerdan con los obtenido por Velasco y col. (11).

Figura 3. Tiempo de vida promedio de los peces en el bioensayo.

CONCLUSIONES
Mediante el estudio de toxicidad realizado, empleando la especie Brachidanio rerio, se determinó una concentración letal media a 96 horas de 322 ppm en función de la DBO5, para los residuales del despulpe húmedo del café. El trabajo arrojó que el residual sin tratamiento causa un efecto letal a la especie en estudio mientras que para el residual tratado tecnológicamente, incluso al 100 % (676 ppm de DBO5), no causa efecto alguno lo cual puede deberse a la diferencia entre los valores de acidez de las muestras, el contenido de fenoles u otros compuestos químicos que estén presente en la muestra inicial y son eliminados durante el proceso de tratamiento.

REFERENCIAS
1. Aguilera, Y., Martínez, F., De La Rosa, D., Pérez, A., García, M.. Contribución. a la Educación y Protección Ambiental. Hombre y Medio Ambiente. Ed. Academia, Pp. 218- 222. 1998.
2. José Loria, ¨Coffee poses Environm. Headache for Costa Rica¨, The Reuter Washington Rep., 21, 1992.
3. Robert A. Rice y Justin R. Ward. El café, la conservación y el comercio en el hemisferio occidental. Washington, D.C., Abril 1997.
4. 5 FAO. Anuario de Producción (1991)
5. Mario Juan Viñas. Patente Cubana No 116-86.
6. Martínez F., Aguilera Y., De La Rosa, D. y Pérez, A. Contribución. a la Educación y Protección Ambiental. Hombre y Medio Ambiente. Ed. Academia, Pp. 214-217. 1998
7. Aguilera Y., Martínez, F., De La Rosa, D. y Pérez, A. Contribución. a la Educación y Protección Ambiental. Hombre y Medio Ambiente. Ed. Academia, Pp. 228- 230. 1998
8. ISO. 6353/1. Reagents for Chemical anlaysis. – Part 1: General test methods. 1982.
9. ISO. 7346/1. Water quality. – Determination of the acute lethal toxicity of substances to a freshwater fish [(Bracchidanio rerio Hamilton-Buchanan Teleostei, Cyprinidae)] – Part 1: Static method. 1996.
10. Henry J. Salas. Manual de evalución y manejo de sustancias tóxicas en aguas superficiales. Anexo 1. Lima, Perú. 1994.
11. Donald L. Reish and Philips S. Oshida. Manual of methods in aquatic environment research. Part 10. Short-term static bioassays. FAO. 1987.
12. Matuk, V., Puerta, G., Rodríguez, N. Impacto biológico de los efluentes del beneficio húmedo del café. Cenicafé, 48 (4), pp. 234 – 252. 1997.