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.