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 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