Fitorremediación de Suelos y Aguas. Ramón I Torres López, Ph.D. Universidad de Puerto Rico Recinto Universitario Mayagüez

Transcripción

1 Fitorremediación de Suelos y Aguas Ramón I Torres López, Ph.D. Universidad de Puerto Rico Recinto Universitario Mayagüez

2 Qué es fitorremediación? Fitorremediación es un término utilizado para describir el tratamiento de problemas ambientales a través de la utilización de plantas.

3 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

4 ..Introducción Fitorremediación incluye: a. Fitoextracción- planta extrae niveles altos de metales y otros b. Fitoestabilización- plantas que estabilizan las substancias toxicas c. Fitovolatilización-plantas que extraen metales y substancias volátiles y las eliminan por las hojas

5 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

6 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

7 Procesos

8 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

9 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

10 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

11 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

12 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

13 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

14 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

15 Desventajas de estas alternativas Altos costos Alto consumo de energía Destrucción del suelo Problemas de logística Incremento en el grado de insatisfacción del público

16 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

17 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

18 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

19 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

20 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

21 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

22 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

23 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

24 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 fitorremediar varios suelos de manera simultánea Útil para limpiar contaminantes en aguas subterráneas y sedimentos

25 Ventajas Tratamiento 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

26 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

27 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)

28 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

29 Factores que afectan la fitodisponibilidad 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

30 Factores que afectan la fitodisponibilidad Factores ambientales Condiciones climáticas Prácticas de manejo Irrigación Fertilización La planta Especie Tejido vegetativo edad

31 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

32 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)

33 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

34 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

35 Tratamiento de suelos contaminados en Savannah River

36 Tratamiento de aguas contaminadas en Savannah River

37 Resultado

38 Puerto Rico y la fitorremediación

39 Areas afectadas por contaminación Zonas industriales Zonas de prácticas militares Derrames de combustibles Fertilizaciones excesivas

40 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

41 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

42 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.

43 Corporaciones junto con el gobierno de Puerto Rico tienen varios proyectos de remediación ambiental

44 Conclusión Es 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.