Procedimiento de experimentación
Las plumas limpias se trasladaron al laboratorio de Salud Pública y Saneamiento Ambiental de la Carrera de Medicina Veterinaria y Zootecnia de la UNJBG, donde se realizó la trituración de las plumas para lograr una formación algodonosa en vez de harina con el molino eléctrico modelo Dual 3HP. Esto debido a la sustancia plástica de la sustancia llamada queratina que recubre las plumas de las aves.
Se realizó viajes al Distrito de Ite, para la toma de muestras de agua de los humedales en los 5 puntos de muestreo (5 muestras de 1 L de agua). Luego, se realizó una segunda y una tercera toma de muestra haciendo un total de 3 repeticiones en los 5 puntos de muestreo en la zona de estudio.
Posteriormente, de manera experimental en el laboratorio de Salud Pública y Saneamiento Ambiental de la Carrera de Medicina Veterinaria y Zootecnia de la UNJBG, se procedió a realizar el monitoreo de la biorremediación por 24 horas.
Posteriormente, las muestras fueron colocadas en frascos de polietileno de 60 ml de capacidad, así mismo, se adicionó 0,3 ml de solución preservante (HNO3 1:1) a cada frasco, se cerraron herméticamente los frascos, se hizo el llenada del rotulo con plumón de tinta indeleble y se envió al laboratorio acreditado SGS Perú para su análisis mediante el método EW_EPA200_8_AQ, referencia técnica utilizada en análisis de calidad de agua, es un procedimiento estandarizado por la Agencia de Protección Ambiental de EE. UU. para la determinación de elementos traza en muestras de agua y residuos, utilizando espectrometría de masas con plasma acoplado inductivamente (ICP‑MS) cuyo uso fue agua de consumo humano y agua de laguna artificial.
3. Resultados y discusión
Efecto de las plumas de pollo en la remoción de cobre (Cu)
En la Tabla 1 se evidencia un mayor porcentaje de remediación en el tratamiento 1 (de 4 gramos de pluma de pollo de engorde/litro de agua) en un 69,46% lo que indica una remedición moderada.
Tabla 1
Porcentaje de biorremediación de Cu
Table 1
Percentage of Cu bioremediation
Plumas de pollo de engorde | T1 (4 gramos/litro) | T2 (8 gramos/litro) |
Total | 69,46% | 56,94% |
Se encontró influencia significativa de los trata-mientos y de los bloques sobre la concentración de cobre (p < 0,05), sin embargo, no existió una interacción significativa entre los tratamientos y los bloques (p > 0,05) sobre la concentración de cobre (Figura 3).
Figura 3. Interacciones de la remoción del cobre a diferentes concentraciones de pluma de pollos de engorde.
Figure 3. Interactions of copper removal at different concentrations of broiler chicken feathers.
Se evidencia que las concentraciones de cobre en el grupo (control) disminuyen más con el tratamiento 1 (4 g /L), que al emplear el tratamiento 2 (8 g/L) (Figura 3).
Respecto a los límites máximos permisibles de cobre no supera los límites establecidos por la OMS (2,5 mg/L), además de la legislación peruana del Decreto Supremo N°004-2017-MINAM (2017) y el Decreto Supremo N°031-2010-SA (2010). Siendo la dosis máxima de 0,036 mg/L y la dosis mínima de 0,005 mg/L en el presente estudio (MINAM-PERÚ, 2017; MINAN-PERÚ, 2010)
Estos resultados presentan similitud con los hallazgos de Machuca-Loja et al. (2016), quienes obtuvieron las queratinasas de las plumas de ave con hidrolisis enzimática utilizando Bacillus subtilis con un (p < 0,05) al cabo de 24 h. de retención hidráulica. También se encuentra similitud con los resultados encontrados por Polo et al. (2023). En donde indica que las plumas retienen metales, llegando hasta 20 filtraciones, con una remoción final de cobre de 93,3% (Polo Salazar et al., 2023). Luego Chakraborty y sus colaboradores (2020) modificaron las plumas de pollo utilizando etilendiamina para la eliminación de iones de cobre en agua contaminada con metales hasta una concentración de 20 mg/L, con una remoción de 98,9%. (Chakraborty et al., 2020). Asimismo, Kai & Misra (2020) y Zubair (2023) sostienen que la pluma de pollo alcalina tratada ultrasónicamente logro una remediación de Cu de 3,25 mg (Rahmani-Sani et al., 2020). Luego, Al-Asheh (2020), obtuvo partículas de pluma de pollo tratadas con NaOH y dodecil sulfato con una remoción de Cu del 100%. Así también, la eliminación de Cu en aguas residuales utilizando polímeros derivados de queratina alcanzó un 73% de remoción (Zahara et al., 2021). A su vez, los nanoquitosano pueden producir interacciones electrostáticas con redes poliméricas que realizan una eficiente remoción de Cu en aguas contaminadas, hasta en un 80% a 85% de eficiencia en la remoción (Zahara et al., 2021). Luego, en la región central de China, los resultados indicaron que la garza real, que se alimenta de peces pequeños y camarones en el río Shan Pui y Gei Wai estaban expuesto a un riesgo potencial para la salud por Cu y Pb para el andarríos bastardo se debió a la alta concentración de Cu en sus presas, que contribuyeron con el 84,9% de remediación (Man et al., 2021). Por otro lado, en Corea se describe concentraciones altas de Cu en las plumas puede ir variando según su posición, se encontró una concentración de 0,21 ppm en plumas primarias, 0,15 ppm en plumas secundarias, de 0,13 ppm en plumas terciarias, de 0,22 ppm en plumas de la cola y 0,20 ppm en plumas de contorno respectivamente. Lo cual indica que la remoción de Cu por plumas de aves es eficiente (Sheikh et al., 2023). Finalmente, la queratina que envuelve las plumas de las aves a un PH bajo de 3 a 6 resulta eficiente para la eliminación de aniones metálicos en solución (Saha et al., 2019).
Sin embargo, lo resultados muestran discordancia con los hallazgos de Rahmani-Sani (2020), quien indica en una malla a base de pluma de pato la remoción del Cu solo alcanzó un 41%. Asimismo, los patrones de acumulación y dispersión de metales en especies aviares constituyen información útil obtenida del análisis de las concentraciones de metales en diversos tipos de plumas (Sheikh et al., 2023).
Por otro lado, si la remoción de cobre con relación a otros métodos de remediación, Liu et al. (2023) indican que los residuos agroindustriales lograron una remoción de cobre en agua del 89%. Asimismo, otro tratamiento efectivo en aguas residuales con metales pesados es mediante el uso de nanoadsorbentes como una técnica de adsorción novedosa, no tóxica y rentable, con una remoción de cobre mayor al 90% (Emenike et al., 2022). Luego, Ab Hamid et al. (2022) indican que otros métodos de remediación son la ultrafiltración puede remover iones de cobre en un 95% a 98% a diferencia de la nanofiltración que alcanza una remoción de 98% a 99% respectivamente. Por otro lado, la optimización de la electrocoagulación en la remoción de cobre puede alcanzar un 80,22% de eficiencia (Ano et al., 2023). Todos estos resultados son superiores a los hallados en el presente estudio.
Efecto de las plumas de pollo en la remoción de hierro (Fe)
En la Tabla 2 se evidencia un mayor porcentaje de remediación en el tratamiento 1 (de 4 gramos de pluma de pollo de engorde/litro de agua) en un 93,19% lo que indica una remedición alta.
Tabla 2
Porcentaje de biorremediación de Fe
Table 2
Percentage of Fe bioremediation
Plumas de pollo de engorde | T1 (4 gramos/litro) | T2 (8 gramos/litro) |
Total | 93,19% | 86,02% |
Se evidenció que existen diferencias significativas entre las concentraciones de hierro del trata-miento 1 y el tratamiento 2 respecto al grupo control. Sin embargo, no existieron diferencias entre ellos. Por otro lado, se evidencia la existencia de diferencias entre las concentra-ciones de hierro en los bloques 1 y 5 respecto al bloque 4 en cuanto a la concentración de hierro estimada. Además, no existieron diferencias en las concentraciones de hierro entre los bloques 1, 4 y 5 respecto al bloque 2 y 3 (Figura 4).
Figura 4. Interacciones de la remoción del hierro a diferentes concentraciones de pluma de pollos de engorde.
Figure 4. Interactions of iron removal at different concentrations of broiler chicken feathers.
Las concentraciones de hierro en el grupo (control) disminuyen más con el tratamiento 1 (4 g/L), que al emplear el tratamiento 2 (8 g/L).
Respecto a los límites máximos permisibles de hierro si supera los límites establecidos por la OMS (0,30 mg/L), además de la legislación peruana del Decreto Supremo N°004-2017-MINAM (2017) y el Decreto Supremo N°031-2010-SA (2010). Siendo la dosis máxima de 11,8 mg/L y la dosis mínima de 0,87 mg/L en el presente estudio (MINAM-PERÚ, 2017; MINAN-PERÚ, 2010). Asimismo, los resultados luego de la aplicación de los tratamientos a base de plumas muestran una eficiente remoción del hierro, por debajo de los LMP en ambos tratamientos de la experimentación. Por lo cual, se puede indicar que la pluma es un excelente remediador de iones de hierro. Estos resultados tienen similitud con los hallados por Chakraborty et al. (2020) quienes indican una capacidad máxima de adsorción de 43,5 mg/g. con una remoción de 98,7% de hierro. También con los hallazgos de Polo Salazar et al. (2023), en donde indican que las plumas retienen metales, llegando hasta 14 filtraciones, con una remoción final de hierro de 97,8%. Además, Masoumi et al. (2022) indican que las plumas de pollo se componen de un 80% a un 90% de β-queratina, una proteína fibrosa, por lo cual la remediación del hierro es eficiente. Asimismo, Guillen Rivas et al. (2021) indican que las nuevas tecnologías presentan resultados atrayentes y pueden ser de gran beneficio según el medio donde se pretende desarrollar el proceso de remoción. Los resultados de este estudio muestran discordancia con los hallazgos de Sayen et al. (2005) y Zubair (2023) quienes indican que la filtración con una partícula de aminoácido de queratina sílice inmovilizada alcanzo una remoción de 72% a 94% de hierro. También, Cárdenas & Flores (2022) indican a la cáscara de plátano transformada en carbón activado reduce 0,79 mg/L. de hierro, con una remoción de 72% respectivamente. Por otro lado, Olano-Arévalo et al. (2023) reportaron hallazgos de remoción de 0,16 mg/L, utilizando sulfato de aluminio al 1% como dosis optima, indicando que la Montmorillonite proveniente de la arcilla procesado termina siendo un buen removedor de hierro en un 80% de las soluciones acuosas.
Además, Carrasco et al. (2022) indican hallazgos de remoción de iones de hierro usando granos de trigo en desecho de cervecería alcanzado una doble eficiencia en la adsorción de 0,2 mg/L, en comparación con otros como son los iones de manganeso, cadmio y níquel respectivamente. Luego, Wang et al. (2022) reportaron hallazgos de remoción de iones de hierro en una tasa máxima de 54,13% luego del uso de microalgas de la especie Microcystis aeruginosa al cuarto día de tratamiento. Todos estos porcentajes de remediación de hierro se encuentran por debajo de los porcentajes reportados en el presente estudio.
Grado de asociación entre la remoción de iones metálicos (cobre y hierro) con plumas de pollo de engorde.
Se encontró que las remociones de hierro y cobre empleando 4 y 8 gramos de plumas de pollo de engorde no siguen una distribución normal con un 95% de confianza (p < 0,05), por lo que corresponde el uso de una estadística no paramétrica de correlación, es decir Rho de Spearman.
Se encontró una baja correlación (Rho: 0,45) y no significativa (p = 0,092 > 0,05) entre los niveles de remoción de hierro y cobre, utilizando el tratamiento de 4 gramos de plumas de ave/litro de agua. Asimismo, se encontró una baja correlación (Rho: 0,225) y no significativa (p = 0,420 > 0,05) entre los niveles de remoción de hierro y cobre, utilizando el tratamiento de 8 gramos de plumas de ave/litro de agua.
En lo que se refiere a otros estudios, Sheikh et al. (2023) indican que existe correlación entre los distintos atributos de las plumas: Primarias, Secundarias, Terciarias, Rectrices y Contorno. El atributo Primarias muestra una fuerte correlación positiva (aprox. 0,999) con las Secundarias, lo que indica un alto grado de similitud entre estas dos características. Las Terciarias presentan correlaciones positivas sustanciales con las Primarias (aprox. 0,976) y las Secundarias (aprox. 0,967), lo que indica asociaciones significativas entre las Terciarias y estos atributos próximos. Las Rectrices presentan correlaciones positivas pronunciadas con las Primarias (aprox. 0,998), las Secundarias (aprox. 0,994) y las Terciarias (aprox. 0,989), lo que subraya la robusta interrelación entre estas características. Contorno muestra correlaciones positivas apreciables con Primarias (aprox. 0,973), Secundarias (aprox. 0,981) y Rectrices (aprox. 0,954), lo que sugiere conexiones potenciales entre Contorno y estos atributos respectivos.
Por otro lado, los desechos de plumas de aves de corral también se pueden aplicar al sector de la remediación ambiental y la eliminación de la contaminación (Zhang et al., 2023). Las observa-ciones realizadas con el carbón activado producido a partir de plumas de aves de corral actuaron como un adsorbente altamente eficaz, con una eficiencia de eliminación que aumentó con el aumento de la concentración del adsorbente llegando al 97% de remoción de metales pesados en aguas residuales del lago Chivero (Chiramba et al., 2019). Además, Masoumi et al. (2022) indican que el tiempo de contacto de equilibrio para el cobre y el hierro se determina en 60 y 40 minutos respectivamente. Por lo tanto, la separación de partículas metálicas por la pluma de pollo es rápida. En tal sentido, el área superficial genera los posibles sitios activos para atrapar las partículas, y los grupos funcio-nales más efectivos pueden formar complejos con más iones metálicos del agua contaminada. El mecanismo de adsorción se divide en cuatro categorías: 1) interacción electrostática; 2) llenado de poros; 3) precipitación en la superficie del adsorbente; y 4) conexión de cationes con los grupos funcionales de la pluma de pollo.
4. Conclusiones
Las plumas de pollo son un adsorbente natural que demostró su eficiencia en la adsorción de materiales inorgánicos. El tratamiento con una dosis de 4 gramos de plumas/litro de agua, presentó una mayor remoción de cobre en 69,4%, lo cual constituye, un efecto considerado biorre-mediación moderada. Así mismo, el tratamiento con una dosis de 4 gramos de plumas/litro de agua, presentó una mayor remoción de hierro en un 93,1%, lo cual constituye un efecto de biorremediación alto.
El grado de asociación entre la remoción de iones metálicos de cobre y hierro en base a plumas de pollo de engorde no es estadísticamente significativo; esto debido a que la eficiencia de la remediación se presentó de manera independiente entre ambos metales pesados. Asimismo, este estudio proporciona una base tecnocientífica sobre el potencial de la queratina en la biorremediación usando un producto de desecho, como es la pluma de pollo de engorde. Finalmente, se recomienda la elaboración de un prototipo en base a queratina extraída de plumas de pollos con la finalidad de realizar estudios adicionales al porcentaje de remediación de otros metales pesados peligrosos a la salud pública y al medio ambiente.
Agradecimientos
Expresamos nuestro agradecimiento al personal del laboratorio SGS por brindar las facilidades para el desarrollo de la investigación.
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