PROGRAMA

1a CONFERENCIA NACIONAL SOBRE AVANCES EN ELRECICLADO DE MATERIALES Y ECO - ENERGÍA

Madrid, 12-13 de Noviembre de 2009

CENTRO NACIONALDE INVESTIGACIONES

f\\S

* GOBIERNODE ESPAÑA

MINISTERIODE CIENCIAE INNOVACIÓN CONSEJO SUPERIOR oe i

OBJETIVOS DE LA CONFERENCIA

RECIMAT 09, Conferencia Nacional sobre Avances en el Reciclado de Materiales yEco-energía se celebrará del 12 al 13 de Noviembre de 2009, como punto deencuentro entre científicos y expertos industriales en los sectores del reciclado demateriales y energías renovables. La oferta de RECIMAT 09 contempla los sectorescientíficos y tecnológicos correspondientes a, Residuos (Urbanos, Industriales,Tóxicos, Peligrosos y Radiactivos), Materiales Secundarios, Valorización Energética(Incineración, Gasificación, Combustión) y Aguas, Suelos y SedimentosContaminados.

Un contenido recomendable para profesionales relacionados con el medioambiente,los residuos y la energía.

COMITÉ CIENTÍFICO Y ORGANIZADOR

COMITÉ CIENTÍFICO

Presidente:• Francisca Puertas Maroto

(IETCC)

Secretario:• Francisco José Alguacil (CENIM)

Miembros• Albert Solé (EEZA)

» Antonio Ballester (UCM)

• Catalina Gaseó (CIEMAT

• Emilia Pérez Collar (ICTP)

• F.P. Marín (URJI)• Jesús Pastor (CCMA)

• Juan Albadalejo (CEBAS)

• Luis Felipe Verdeja (Universidad

de Oviedo)

• Manuel Alonso (CENIM)

• María Antonia Diez (INCAR)

• María Flora Barba (ICV)

» María Isabel Sánchez (IETCC)

• Pablo L. Higueras (UCLM)• Pedro José Sánchez Soto

(ICMSE)• Xavier Querol (IDAEA)

COMITÉ ORGANIZADOR

Presidente:• Félix A. López (Coordinador de la

Red)

Secretaría:• Ana Guerrero (Secretaria de la

Red)

Secretaría Adjunta:• Virtudes Azorín (IETCC)

Miembros» Aurora López Delgado (CENIM)

• Carlos García Izquierdo (CEBAS)

• Eva Chinarro (ICV)

• José Ángel Menéndez (INCAR)

• Javier Mochón Muñoz (CENIM)

• José B. Parra Soto (INCAR)

• Moisés Frías (IETCC)• Jesús María García Martínez

(ICTP)• Maximina Romero (IETCC)

• Miguel Fernández (CENIM)

• Natalia Moreno (IDAEA)

• Rafael Llario (PIROREC)• Rafael Talero Morales (IETCC)

• Sara Goñi (IETCC)• Teresa A. Centeno (INCAR)

ESTRATEGIAS PARA LA REMEDIACION DE SUELOS CONTAMINADOS

J. Pastor1, R. Millán2, A. J. Hernández3 M. J. Sierra2, M.C. Lobo4

'CCMA, CSIC; 2CIEMAT-DMA, U. Degradación en Suelos;3 Ecología, U. de Alcalá; 4IMIDRA,CM

IntroducciónDesde hace algunos años un grupo deinvestigadores de diferentes organismosvenimos trabajando en la aplicación dediferentes estrategias para la remediación desuelos contaminados especialmente pormetales pesados y otros compuestosinorgánicos (como sales que dejan libres losaniones por un lado y los metales por otro).Ambos compuestos son susceptibles de pasar ala nutrición mineral de las plantas que seasientan sobre dichos suelos.Entre los trabajos de restauración ambiental, seha considerado la aplicación de fitotecnologías,dado su bajo impacto en el medio y la buenaaceptación social. La fitorrecuperación delsuelo se basa en el uso de plantas, enmiendasrealizadas al suelo y técnicas agronómicas pararetener los contaminantes y disminuir oeliminar su toxicidad. Pero también nos estándando buenos resultados las técnicas debiorremediación y las enmiendas con lodos dedepuradoras en suelos con más de un metalpesado en su capa superficial. Nos proponemosen este trabajo mostrar una sistematización detodas las técnicas que venimosexperimentando, aunque en algunaspublicaciones de los autores han sidocomentadas por separado incluyendo marcosconceptuales y metodológicos, así comoresultados (Hernández y Pastor, 2008; Millán yLobo, 2008). Sin embargo, las diferentesdiscusiones llevadas a cabo entre nosotros nosreafirman en presentar ahora una visión deconjunto de las mismas.

Sistematización de resultados con diferentestécnicas1) Desde el Departamento de Ecología deSistemas del INR del Centro de CienciasMedioambientales del CSIC en Madrid,conjuntamente con el Departamento deEcología de la Universidad de Alcalá, seviene trabajando con técnicas ensayadas encampo y en ambientes controlados para los

casos de vertederos de residuos sólidosurbanos y los emplazamientos con minasabandonadas en el centro-oeste peninsular.Todas ellas tratan de aplicar los principios yprocesos fundamentales de la ecología a larestauración de estos escenarios.Ensayos de campo. En tres cubiertas edáficasde vertederos sellados de la Comunidad deMadrid (Móstoles, Villaviciosa y Mejorada)después del quinto año de sellado yconociendo las principales relaciones eco-químicas de las especies herbáceas que habíancomenzado a revegetar algunas zonas de losmismos, se llevó a cabo un ensayo in situ.Básicamente hemos empleado el mismomodelo de remediación: enmiendas defertilidad en su cubierta edáfíca de sellado (N,P, K), siembra de especies autóctonas ycomerciales y adicción de mezcla de semillasautóctonas al banco del suelo. Todos losensayos se realizaron en parcelas de 50 cm2

con tres replicaciones por control ytratamiento.La biomonitorización a lo largo de dos añosconsecutivos en estos ensayos de campo haconducido a escasos resultados en relación a lamejora de la revegetación en los vertederos.Las principales causas estriban en diferentesfactores: erosión constante del material fino ymanchas puntuales de metales pesados,excesiva salinidad y escaso material edáfico asícomo a acciones constantes no previstas en lascubiertas de los vertederos en que se ibansuperponiendo usos no contemplados en unprincipio. Sin embargo, comenzamos a ver másla posibilidad de siembras de cubiertaspoliespecíficas frente a la siembra de una solaespecie a la hora de fijar la cubierta edáfíca delos taludes y tolerancia de especies al Zn delsuelo, debido a que es el metal pesado másabundante en estos escenarios. Lógicamente, laselección de las especies debe ir vinculada a lacomposición de los suelos de cubrición.Bioensayos en microcosmos. Las escombrerasde antiguas explotaciones mineras donde se

ubican comunidades de pasto, están afectadaspor diferentes metales pesados en los suelos.La eficacia de las técnicas de fitorremediación(fitoextracción y fitoestabilización) seconsideran como las más idóneas para larestauración de los mismos. Pero su eficaciadepende del diagnóstico ecotoxicológico de losemplazamientos en relación con la paragénesisde la mineralización, así como delconocimiento de los mecanismos de respuestade las especies vegetales, tanto a nivel depoblación como de comunidad, a la acciónconjunta de varios metales pesados. Elloimplica utilizar una integración de escalas através de la utilización de microcosmos.Otros bioensayos en microcosmos y encondiciones controladas en invernadero se hanllevado a cabo para el estudio de de efecto deagentes quelantes (EDTA y DTPA) queacomplejan la materia orgánica del sueloreteniendo metales pesados. Así mismo, paraevaluar el interés de la aplicación de lodos desecado térmico como enmienda para laremediación de suelos de mina contaminadosfundamentalmente por Pb, Zn y Cd y conescasa materia orgánica. Elementos de mayortoxicidad son retenidos por la adsorción dela materia orgánica de los lodos (Zn), o porla acumulación en las raíces del sistema(Pb). Estos resultados permiten suponerque los lodos utilizados resultarían útilespara la restauración de ecosistemasterrestres con esta contaminación. Por otraparte, este empleo de los mismos ofrecetambién una buena alternativa para lagestión de estos residuos.

2) La Unidad de Degradación de Suelos(Medio Ambiente) del CIEMAT investiga yaplica tecnologías en la recuperación de sueloscontaminados con Mercurio. Se handesarrollado varios proyectos en la últimadécada, que tienen como principales zonas detrabajo las afectadas por la minería enAlmadén, que constituye hasta la fecha elmayor caso conocido de concentración de Hgen el planeta, al encontrarse allí el mayoryacimiento de Hg del mundo. El cierre de lasminas planteó la necesidad de realizar accionespara mantener la actividad económica y se hanplanteado: a) distintas estrategias derehabilitación y b) usos alternativos de lossuelos. En 1° lugar, se realizó unacaracterización edafológica y botánica, un

estudio de la contaminación de los suelos y unaselección de especies silvestres resistentes alHg, y se realizaron ensayos en condicionescontroladas utilizando especies agrícolas,como alternativa socioeconómica.La fitodisponibilidad, se convierte en unabuena herramienta para la valoración del riesgoa este metal, como ocurre con otros quetambién se han estudiado en el apartado a). Eneste marco se encuadran las investigacionesque se realizan en Almadén, siguiendo 4estrategias de estudio: ensayos de laboratorio,sistemas controlados, experimentación enlisímetros y estudios en condiciones realesEnsayos experimentales en laboratorio: Se hanrealizado ensayos sobre los parámetros delsuelo que influyen la disponibilidad del Hg parala planta; estudios de extracción selectiva ysecuencial, posterior especiación química delHg en el suelo, y determinación de laconcentración de los macro y micronutrientesen relación con la evolución del Hg durante elcrecimiento vegetal. El contenido de Hg sedetermina mediante espectrómetros deabsorción atómica específicamente diseñados(AMA-254 LECO). Los estudios de sumovilidad en los suelos se realizan mediante laadición de agua, quelantes, fertilizantes yenmendantes. Para lo que se utilizan columnasde vidrio de 1L que contienen suelosrepresentativos. Se efectúan análisisfísicoquímicos, se determina el Hg, macro ymicronutrientes, tanto en los lixiviados, comoen el agua útil para la planta. En casos se havisto que se moviliza Hg, Ca y Fe,empobreciendo el suelo. También que lafracción más fácilmente disponible representaun pequeño porcentaje del total, y es másindicativa del grado real de exposición de laplanta al Hg. Por último, se realiza unacaracterización microbiología del suelo,mediante la estimación de la masa microbianapor el método de respirometría inducida porsustrato, obtención del cociente metabólico y latasa específica de respiración. Con estosensayos se obtiene información de posiblesafecciones de la microfauna edáfica porpresencia de Hg y ofrece la posibilidad dediscriminar la causa de la perturbación, enaquellos casos en que se encuentre algún valorque indique estrés.Estudios en condiciones controladas deinvernadero: Se abordan experiencias enmaceta con suelos del área de estudio. Losensayos se realizan con cultivos agrícolas y

flora natural. En general, el Hg se acumulaprincipalmente en raíz, aunque el incremento dela fracción disponible de Hg en suelos, produceen algunas especies un incremento de sucontenido tanto en tallo como en hojas. Estosestudios sirven para encontrar especies quepodrían utilizarse en fitoestabilización de sueloscontaminados con Hg; especies sensibles obioind¡caderas, y especies acumuladoras parauna posible fitoextracción en áreas con un altocontenido en Hg biodisponible. Se realizaronciclos completos con garbanzo, lenteja, veza,berenjena, altramuz, colza y lavanda, habitualesen Almadén, o que se intentan implantar comoalternativa. En ninguno se observaron síntomasde toxicidad. La menor concentración seencontró en la semilla/fruto. El factor detransferencia es, en todos los casos, inferior alde las plantas silvestres, por lo que su uso enfitotecnologías sería muy limitado.Ensayos-piloto con cultivos en lisímeíros:Cada lisímetro es un monolito de suelo deaproximadamente un metro cúbico incluido enuna contención metálica, instrumentado consondas a distintas profundidades (15, 20 y 50cm) para la obtención de parámetrosfísicoquímicos del suelo (pH, Eh, humedad,temperatura) a lo largo del crecimiento delcultivo. Los lisímetros son la aproximación másreal al campo experimental, por el volumen desuelo inalterado (respetando los horizontesedáficos). El almacenamiento de la informaciónse ha realizado con un datalogger. Loslisímetros se trasladaron al CIEMAT, y 4 sesembraron con cultivos típicos existiendo unomás como control, instrumentado pero nocultivado.Los resultados muestran que la concentraciónde Hg es mayor en raíz, seguido de tallo yhojas. La menor concentración se encuentra ensemilla/fruto.Para los productos alimenticios se hananalizado datos de invernadero y de lisímetros,y se han aplicado valores de referencia dediversas normativas, nacionales y europeas,teniendo en cuenta los niveles máximos deingesta de Hg permitidos y una dietaequilibrada. En el caso de la berenjena suconsumo es apto, con o sin pedúnculo y cáliz.En el caso del consumo humano de garbanzo ylenteja estaría permitido por la legislación, asícomo para los casos del altramuz (uso humanoy forrajero) y la lavanda. En el caso de la veza,se han tenido en cuenta las recomendacionesde la directiva europea para especies para

consumo animal, resultando apto el consumode grano como pienso, mientras que elconsumo forrajero (usando la planta entera) nopuede recomendarse. Los resultados han dadovalores que en ocasiones han superado ellímite recomendado.Estudios in situ: El estudio de lacontaminación por Hg en el área de Almadénse ha llevado a cabo en parcelasexperimentales seleccionadas atendiendo a doscriterios: tener un diferente grado de impactode las actividades mineras y la composición dela flora y suelo de las mismas. Los valores másaltos de concentraciones de Hg en el suelocorresponden a la zona de mayor influenciaantropogénica y de actividades mineras. De lasplantas se cuantificó el contenido en Hg en laparte aérea para evaluar la transferencia suelo-planta. Los resultados apuntaron diferenciasimportantes según las especies,distinguiéndose el comportamiento comoacumuladoras de Hg, de algunas especies de laflora autóctona de Almadén.

3) En la actualidad en el IMIDRA venimostrabajando la Electro-Biorremediación, unade las técnicas de descontaminación másutilizadas para zonas no saturadas, que hansido las "ex situ", es decir la excavación delterreno para su posterior tratamiento medianteprocesos químicos, físicos o biológicos, sobreel lugar o transportándolo a una planta detratamiento. Estas técnicas presentan múltipleslimitaciones (aumento del volumen de terrenotratado, grandes movimientos de tierra, etc.) ypor otro lado, la sociedad y las empresascontaminadoras demandan la utilización demétodos "in situ" ya que suponen un menorcoste económico y ambiental, y permitenproseguir con las labores propias delemplazamiento. Dentro de estos tratamientos"in situ" los más utilizados han sidofísicoquímicos (SVE, MPE, airsparging,bombeo de fondo, etc.) y los biológicos(biorremediación,bioventing,fítorrecuperación,etc). En las últimas décadas destaca el inicio demétodos electrocinéticos como tratamiento deremediación "in situ" de terrenoscontaminados centrándose, la mayoría deéstos, en la zona saturada del subsuelo.El sistema consiste básicamente en un conjuntode electrodos instalados en el terreno por losque se hace circular una corriente continúa. Laaplicación de la misma produce que lasespecies iónicas en el suelo migren hacia los

electrodos de carga contraria por un fenómenodenominado electromigración; las partículascargadas en el agua contenida en el suelomigran hacia los electrodos de carga contrariapor un fenómeno llamado electroforesis y elagua contenida en los poros del suelo migra endirección al cátodo mediante electroósmosis.Además, en los electrodos se producenreacciones de electrólisis. La combinación deestos fenómenos produce el movimiento de loscontaminantes hacia los electrodos. Ladirección y magnitud del movimiento de loscontaminantes depende de su carga ypolaridad, el grado de adsorción a laspartículas del suelo y la velocidad del flujo delagua por electroósmosis. Los compuestosorgánicos apolares se movilizan porelectroósmosis, por lo que es necesario añadirsurfactantes a fin de aumentar su solubilidad yfacilitar la formación de micelas. De estaforma surge la estrategia de aplicar unacombinación de tecnologías, biológicas yelectrocinéticas a fin de conseguir el mayorrendimiento y el menor impacto ambientalsobre el suelo.Experimentación: Experimentos utilizandolas técnicas electrocinéticas se llevaron a caboen un suelo natural artificialmentecontaminado con gasoil. Algunos surfactantes,denominados biosurfactantes, son producidospor levaduras o bacterias y se han estudiadopor su capacidad para complejar este tipo decompuestos y por ser medioambientalmenteadecuados. El objetivo de la introducción deestas sustancias es mejorar la eficacia delproceso, formando complejos y/oincrementando el flujo electro-osmótico. Ennuestro ensayo, se ha evaluado la eliminaciónde gasoil del suelo utilizando la técnicaelectrocinética en presencia de unbiosurfactante, Rahmnolipid, producido por labacteria Pseudomonas aenroginosa.Los experimentos se realizaron en un suelocontaminado con 20.000 mg/kg de gasoilutilizando un prototipo de metacrilato con 5Kg de suelo. Se utilizaron electrodos de grafitocon una corriente continua de 1 a 2 volt/cm. Elbiosurfactante se aplicó al suelo en dosconcentraciones, Ig/Kg (Ensayo 1) y 2g/Kg(Ensayo 3), utilizando como soluciónmovilizadora, ácido cítrico 1N. Losexperimentos se mantuvieron durante 15 días,monitorizando diariamente el pH, C.E. y ladiferencia de potencial. Las observaciones secompararon con la aplicación del campo

eléctrico en ausencia de biosurfactante (Ensayo4)-

Figura 1. Porcentaje de eliminación de gasoilmediante electrobiorremediación(Ensayo 1 y 3) en relación a la aplicación delcampo eléctrico (Ensayo 4).

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Los resultados expuestos en la Figura 1,mostraron que el incremento de la dosis delbiosurfactante mejora la eficiencia en laeliminación del gasoil, consiguiéndoseresultados superiores al 86%. Además, lamenor concentración de gasoil en la faselíquida a la mayor concentración debiosurfactante, demostró que la adición delRhamnolipid puede mejorar la degradación delgasoil. Los principales efectos de lacombinación de ambas estrategias deremediación son: eliminación delcontaminante por electroósmosis,solubilización y biodegradación favorecida porel biosurfactante, bajo impacto en el suelo,bajo coste y alta tasa de eliminación.

Aspectos conclusivosEn general, debido a la importancia deminimizar el impacto de la aplicación de latecnología desde el punto de vista del futurouso del suelo, la utilización de las tecnologíascombinadas puede constituir una estrategiasostenible para la recuperación de suelos.

Agradecimientos: Al Programa EIADES de laComunidad de Madrid

Referencias- Hernández, A. J. & Pastor, J. 2008. ValidatedApproaches to Restoring the Health of EcosystemsAffected by Soil Pollution In: J. B. Domínguez &Frank Columbus (Eds.). Chapter 2: SoilContamination Research Trends, pp. 51-72. NovaScience Publishers, Inc., Hauppauge, NY USA.- Milán, R. y C. Lobo (eds.). 2008. Contaminaciónde Suelos. Tecnologías para su Recuperación.). Ed.CIEMAT.