Fitorremediación de Suelos y Aguas

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 las
substancias 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 fitorremediar
varios suelos de manera simultánea
Útil para limpiar contaminantes en aguas
subterráneas y sedimentos
Ventajas
Tratamiento de agua
Tratamiento de suelo
contaminada
contaminado
 Toma ventajas de
 Puede ser usado en
ecosistemas naturales
superficies a gran escala
 No olores desagradables
 Es costo efectivo
en invernaderos
 Tiene habilidad de
 No se crean ni se utilizan
limpiar lugares que han
químicos peligrosos
estado contaminados por  Costos iniciales y
mucho tiempo
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 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
Factores que afectan la fitodisponibilidad

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
Areas afectadas por contaminación

Zonas industriales

Zonas de prácticas militares

Derrames de combustibles

Fertilizaciones excesivas
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
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.