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Fitorremediación de Suelos y Aguas
Ramón I Torres López, Ph.D.Universidad de Puerto Rico
Recinto Universitario Mayagüez
¿Qué es fitorremediación?
Fitorremediación es un término utilizado para describir el tratamiento de problemas ambientales a través de la utilización de plantas.
Introducción
Fitorremediación es una opción innovadora, costo-efectiva y ambientalmente “amigable”
Es el uso de plantas para restaurar o estabilizar terrenos y aguas contaminadas
Se aprovechan las habilidades naturales de las plantas para extraer, acumular, precipitar, almacenar o degradar compuestos inorgánicos y orgánicos
…..Introducción Fitorremediación incluye:
a. Fitoextracción- planta extrae niveles altos de metales y otros
b. Fitoestabilización- plantas que estabilizan lassubstancias toxicas
c. Fitovolatilización-plantas que extraen metales y substancias volátiles y las eliminan por
las hojas
La presencia de metales puede deberse a procesos geológicos naturales y por actividades humanas
Otros contaminantes pueden ser compuestos nitrogenados, explosivos, químicos industriales, medicamentos humanos……
Concentraciones > 10g/kg en el suelo pueden amenazar la salud humana o del ecosistema
Características de las plantas Las plantas deben ser hiperacumuladoras de
metales o ciertas substancias. Deben estar adaptadas a las condiciones
ambientales y de suelo Deben crecer rápido Concentrar tóxicos en partes
no comestibles
Procesos
Metales y otros elementos comúnmente encontrados en suelos y aguas As, Hg, Cd, Ni, Cr, Se, Cu, Ag, Pb, Zn
Al, Mo, Cs, Sr, Co, U , Mn
Brassica juncea (Indian mustard) – acumula selenio, sulfuro, plomo, cromio, cadmio, níquel, zinc y cobre
Buxaceae, Rubiaceae y Euphorbiaceae –acumulan níquel
Familia Compositae – simbiosis con Arthrobacteria, acumula cesio y estroncio
Tomate – acumula plomo, zinc y cobre
Factores a considerar para seleccionar opciones de remediación Tamaño, localización, historia del lugar Accesibilidad del lugar Efectividad de la opción de remediación Características del suelo Composición, estado físico y químico del
contaminante
Factores a considerar para seleccionar ………. Grado de contaminación (concentración y
distribución) Uso previsto para el lugar Recursos técnicos y financieros disponibles Conciencia de asuntos públicos, legales y
ambientales
Medidas existentes de remediación Excavación y retiro para físicamente
remover el sustrato contaminado y disponer de el
Lavado de suelo donde se remueve el contaminante por tamaño o separación por gravedad
Tratamiento termal para volatilizar el contaminante
Medidas existentes de remediación……….. Electrosinética para movilizar el contaminante
como una partícula con carga “Capping”: donde el suelo contaminado es
cubierto con suelo limpio, arcilla, asfalto y/o un geotéxtil
Vitrificación donde la matriz es derretida y convertida en un material cristalino
Medidas existentes de remediación………. Fractura neumática: aire a presión es
inyectado al suelo para ampliar la eficiencia de la extracción
Redox químico donde se convierte el contaminante a un estado más estable o menos móvil
Desventajas de estas alternativas Altos costos Alto consumo de energía Destrucción del suelo Problemas de logística Incremento en el grado de insatisfacción
del público
Atributos de la fitorremediación Potencial de transferir humedad de
superficies de suelo contaminado y aguas subterráneas a la atmósfera
Producir enzimas degradables Habilidad de sobrevivir bajo un rango de
condiciones ecológicas Capacidades impulsadas por energía solar
Atributos de la fitorremediación Potencial de penetrar a profundidades
significativas y crear una amplia zona radicular
Habilidad de acumular ciertos contaminantes Habilidad de producir y metabolizar bastantes
toxinas naturales Habilidad de devolverle al lugar contaminado
algún nivel de salud ecológica y estabilidad
Fitoextracción Plantas silvestres o cultivadas que absorben
altas cantidades de elementos tóxicos en su parte aérea
Plantas cosechadas pueden ser desechadas como pequeñas cantidades de ceniza a relativamente bajo costo
Hiperacumuladoras retienen elementos tóxicos entre 2-5% de su peso seco
Bioabsorción Otra forma de fitoextracción Uso de material biológico como filtrador Ej: ciertas algas cuyas paredes celulares
tienen altas cantidades de acumulación de metales pesados
Rizofiltración Plantas cuyas raíces tienen la capacidad de
absorber y a veces precipitar contaminantes de aguas
Las más eficientes son las gramíneas por sus raíces de rápida generación y cubren grandes áreas superficiales
Más eficientes donde haya bajas concentraciones de contaminante y en grandes volúmenes de efluentes
Fitoestabilización Plantas para estabilizar el suelo y evitar la
erosión y la migración de partículas Depende de la tolerancia de la planta al
contaminante Aún si la planta no remueve el
contaminante, su tolerancia a él la hace útil como fitoestabilizadora
Ventajas Aplicación in situ pasiva Tecnología “verde” helio-impulsada de
aplicación fácil Aplicable a una amplia variedad de metales,
radionucleótidos y sustancias orgánicas Más apropiado para ciertos lugares
Ej. Area amplia/dispersa con baja concentración de contaminantes a poca profundidad
Ventajas La mayoría de las plantas candidatas son
cultivos bien estudiados y manejados El suelo se deja en condiciones utilizables,
impactado al mínimo Eliminación simultánea de desechos aéreos
o en el agua Estabilización y cubierta del suelo Mejora la apariencia estética del lugar
Ventajas Recuperación de metales de residuos de la
planta Biomasa producida por los desechos son
mucho menores Con costos menores a la remediación por
métodos físicos - permite fitorremediarvarios suelos de manera simultánea
Útil para limpiar contaminantes en aguas subterráneas y sedimentos
VentajasTratamiento de suelo
contaminado Puede ser usado en
superficies a gran escala Es costo efectivo Tiene habilidad de
limpiar lugares que han estado contaminados por mucho tiempo
Tratamiento de agua contaminada
Toma ventajas de ecosistemas naturales
No olores desagradables en invernaderos
No se crean ni se utilizan químicos peligrosos
Costos iniciales y anuales son bajos
Limitaciones de la Fitoremediación Hiperacumuladores
Comúnmente acumulan un elemento específico
Algunas son relativamente raras o de restringida distribución
Su cultivo puede requerir de cuidados específicos Germinación, polinización y susceptibilidad a
plagas, enfermedades, herbívoros Crecimiento lento y poca biomasa
Limitaciones Riesgos por el impacto ecológico de utilizar
plantas silvestres o extranjeras Condiciones climatológicas - climas fríos Más lento que las técnicas físicas, químicas y
térmicas Inapropiado para suelos de riesgo inminente
para la salud humana y ambiental Depende del uso futuro del terreno
(construcción vs estado natural)
Limitaciones Las características del suelo afectan la
tolerancia de la planta Interacciones biológicas pueden estimular
o limitar el efecto remediante Costo inicial alto Técnicas de cosecha, irrigación y desecho
de la biomasa debe ser cuidadosamente diseñados y considerados
Factores que afectan la fito-disponibilidad Características del suelo
pH Óxidos de Fe y Mn Contenido de materia orgánica Contenido de arcilla Contenido de fosfato Potencial redox Capacidad de intercambio catiónico
Factores que afectan la fito-disponibilidad Factores ambientales
Condiciones climáticas Prácticas de manejo Irrigación Fertilización
La planta Especie Tejido vegetativo edad
Plantas acumuladoras o tolerantes a los metales Segun la base de datos PHYTOREM de
Canada Global, hay cerca de 775 especies de plantas
acuáticas y silvestres 400 especies son hiperacumuladoras
75% acumulan Ni
Características de la planta ideal como acumuladora de metales Baja biomasa y alta capacidad para extraer
metales o alta biomasa y potencial de extracción
Suficiente capacidad para acumular el metal de interés dentro de la biomasa cosechable
Acumular a un nivel mayor de 1% (1,000 mg/kg)
Características de la planta ideal como acumuladora de metales Suficiente capacidad para tolerar las
condiciones del lugar Acumular varios contaminantes metálicos Rápido crecimiento Fenotipo adecuado para facilitar cosecha,
manejo y disposición
Biotecnología de plantas y la fitorremediación Adaptación y recombinación genética para
incrementar la eficiencia de las capacidades fitorremediantes de una planta
Introducción de rasgos de metaloacumuladoras en plantas de rápido crecimiento y alta biomasa
Tratamiento de suelos contaminados en Savannah River
Tratamiento de aguas contaminadas en Savannah River
Resultado
Puerto Rico y la fitorremediación
Zonas industriales
Zonas de prácticas militares
Derrames de combustibles
Fertilizaciones excesivas
Areas afectadas por contaminación
Interesados en el asunto
Recientemente se ha notado un interés particular en el tema de parte de las instituciones universitarias. Recinto Universitario de Mayagüez (RUM)
Facultad de Artes y Ciencias – Departamento de Microbiologia
Facultad de Ciencias Agrícolas – Varios Departamentos
UMET
Proyectos pilotos subsidiados por OSE y desarrollados en el RUM Bioremediation of nitrate contaminated
groundwater from Manatí – Vega Baja Aquifer
Anaerobic Bioremediation of saturated Petroleum Hydrocarbon Contaminated Soil
Phytoremediation to remove heavy metals from contaminated soils
Bioremediation of Diesel Contaminated Soil Under Denitrifying Conditions at PREPA Gas Turbine Station, Vega Baja, P.R.
Bioaugmentation of Diesel Contaminated Soil at PREPA Gas Turbine Station, Vega Baja, P.R.
Corporaciones junto con el gobierno de Puerto Rico tienen varios proyectos de remediación ambiental
ConclusiónEs importante conocer técnicas eficientes para la
remediación, conservación y protección de los recursos naturales. La fitorremediación muestra ser una técnica muy viable y costo efectiva. Considero que es muy bueno que Puerto Rico esté mostrando interés en esta técnica.