Prácticas Agronómicas para la Remediación de Suelos Contaminados

con Metales Pesados

Ing. Agr. Ing. Agr. MSciMSci. Marta S. . Marta S. ZubillagaZubillagaFacultad de AgronomFacultad de Agronomííaa

UBAUBA

Metales pesados

Densidad > 6 gcmDensidad > 6 gcm33

Contaminación ambiental

Toxicidad

Ecotoxicidad

ELEMENTOS TRAZA ELEMENTOS TRAZA ESENCIALESESENCIALES

zinc,zinc,Hierro,Hierro,cobre, cobre, cromo, cromo, yodo,yodo,cobalto,cobalto,

Actualmente la OrganizaciActualmente la Organizacióón Mundial de la Saludn Mundial de la Saludconsidera los siguientes elementos como considera los siguientes elementos como esenciales para la salud humana:esenciales para la salud humana:

molibdeno ymolibdeno yselenio selenio silicio silicio ManganesoManganesoNNííquelquelBoroBorovanadiovanadio

Funciones

B, Cu, Zn, Fe, B, Cu, Zn, Fe, MnMn, , MoMo, Zn , Zn esenciales para la nutriciesenciales para la nutricióón de n de plantasplantas

Cu, Co, Fe, As, Cu, Co, Fe, As, MnMn, , MoMo, Zn, , Zn, CrCr, F, , F, Ni, Se, Sn y V esenciales en la Ni, Se, Sn y V esenciales en la nutricinutricióón animaln animal

Metales Pesados Tóxicos

As ArsAs Arséénico nico Cd CadmioCd CadmioPb PlomoPb PlomoHg MercurioHg MercurioTl TalioTl TalioU UranioU UranioNo se les conoce funciNo se les conoce funcióón especn especííficaficaOriginan problemas de salud cuando entran en Originan problemas de salud cuando entran en la cadena alimenticiala cadena alimenticia

Metales pesados en suelo

Derivados de los procesos de Derivados de los procesos de meteorizacimeteorizacióón del material parentaln del material parental

Provenientes de procesos de Provenientes de procesos de contaminacicontaminacióónn

Fuentes antropogénicas de contaminación

•Fertilizantes y enmiendas

•Agua de riego

•Residuos animales y barros cloacales

•Pesticidas y otros químicos

•Industria, Minería, Trafico

Contaminación del suelos

Contaminación de aguas subterráneas

El escurrimiento y lixiviaciEl escurrimiento y lixiviacióón desde sitios n desde sitios contaminados conlleva a un incremento contaminados conlleva a un incremento en la concentracien la concentracióón de metales en las n de metales en las aguas superficiales y subterraguas superficiales y subterrááneas. neas.

Por otra parte, altas concentraciones de Por otra parte, altas concentraciones de elementos traza en suelos puede elementos traza en suelos puede conducir a suelos improductivos a causa conducir a suelos improductivos a causa de su fitotoxicidad y puede causar de su fitotoxicidad y puede causar bioacumulacibioacumulacióónn en animales y humanos en animales y humanos (Abdel(Abdel--SahabSahab et alet al. 1994). 1994)

Biodisponibilidad

Indicador clave de riesgos potenciales que posee el

contaminante, tanto ambientalmente como para la salud

humana

Existen diferencias en el Existen diferencias en el comportamiento de los diferentes comportamiento de los diferentes elementos traza en el suelo y su elementos traza en el suelo y su

rol en las plantas y animales. rol en las plantas y animales.

Cadmio y el cincCadmio y el cinc son relativamente son relativamente mmóóvilesviles

Plomo y el cobrePlomo y el cobre presentan mayor presentan mayor inmovilidad en suelos inmovilidad en suelos

((NissenNissen, , LeppLepp 1997; Watson 1997; Watson et alet al. 1999). 1999)

Diversos estudios han mostrado un alto Diversos estudios han mostrado un alto grado de grado de retenciretencióónn y y baja solubilidadbaja solubilidad

de los metales en el suelo, afectada por de los metales en el suelo, afectada por parparáámetros del suelo tales como:metros del suelo tales como:

pH, pH, concentraciconcentracióón del metal, n del metal, capacidad de intercambio anicapacidad de intercambio anióóniconicocontenido de materia orgcontenido de materia orgáánicanicamineralogmineralogíía del sueloa del suelo

(Mart(Martíínez, nez, MottoMotto 2000; 2000; KookanaKookana, , NaiduNaidu 2001; Zhu 2000). 2001; Zhu 2000).

REMEDIACIÓN

RemociRemocióón de contaminantes del medio n de contaminantes del medio ambiente ambiente -- suelo, aguas subterrsuelo, aguas subterrááneas, neas, sedimento o aguas superficialessedimento o aguas superficiales-- para para la proteccila proteccióón general de la salud n general de la salud humana y del ambiente, o de tierras humana y del ambiente, o de tierras provistas para el desarrollo de la provistas para el desarrollo de la agricultura o esparcimiento.agricultura o esparcimiento.

REMEDIACIONREMEDIACION

INMOVILIZACIÓN DE METALES

FITOREMEDIACIÓN

INMOVILIZACIÓN DE METALES

Contenido de materia orgContenido de materia orgáánica del suelo nica del suelo es el componente mas importante para la es el componente mas importante para la retenciretencióónn de iones metde iones metáálicos traza, licos traza, afectando por lo tanto su absorciafectando por lo tanto su absorcióón por la n por la planta y su posterior transferencia a planta y su posterior transferencia a humanos y animales.humanos y animales.

Precisamente, como una alternativa de Precisamente, como una alternativa de disposicidisposicióón de los residuos o tambin de los residuos o tambiéén con n con la intencila intencióón de remediar sitios n de remediar sitios contaminados o incrementar la fertilidad contaminados o incrementar la fertilidad de los suelos, diversos materiales de los suelos, diversos materiales orgorgáánicos han sido aplicados a ellos en nicos han sido aplicados a ellos en forma de forma de compostcompost o residuos.o residuos.

Diversas investigaciones aportan que Diversas investigaciones aportan que incorporaciones de materiales orgincorporaciones de materiales orgáánicos nicos compostadoscompostados puede actuar puede actuar movilizandomovilizando a a los elementos traza, siendo un factor los elementos traza, siendo un factor promotor de la promotor de la absorciabsorcióón de metales por n de metales por las plantas las plantas yy contaminacicontaminacióón de las capas n de las capas de agua subterrde agua subterrááneasneas

Este efecto puede deberse al incremento de Este efecto puede deberse al incremento de ligandosligandos orgorgáánicos solubles en el suelo a nicos solubles en el suelo a travtravéés de la aplicacis de la aplicacióón de n de compostcompost

((KaschlKaschl et alet al. 2001. 2001))

Efecto de diferentes enmiendas sobre las limitaciones de lixiviación

Concentracion de Cd en lixiviados de suelos enmendados con diferentes niveles de enmiendas.

A mayores concentraciones de compost < cc en lixiviados. La aplicación de B y Z tuvo mayor repercusión cuando se adicionó a compost de biosólidos René van Herwijnen, 2007

GWC: compostde residuos verdes SC: compostde aguas residuales B= bentonita, Z= Zeolita

Cd y Zn intercambiable durante la incubación con diferentes enmiendas

Cd intercambiable

0

1

2

3

4

5

6

0 14 28 42

ug g-1

Zubillaga et al., 2006

Zn intercambiable

0

10

20

30

40

50

60

0 14 28 42tiempo de incubación

ug g-1

Suelo sin compostSuelo + Compost 3 + CaSuelo + Ca

Conjunto de métodos para degradar, asimilar, metabolizar o detoxificar metales pesados, por medio de la utilización de plantas que tengan la capacidad fisiológica y bioquímica para absorber, retener degradar o transformar dichas sustancias a formas menos tóxicas.

FITORREMEDIACIÓN

Mecanismos de la Mecanismos de la fitoremediacifitoremediacióónn

FitoestabilizaciFitoestabilizacióónn

FitoacumulaciFitoacumulacióónn

FitovolatilizaciFitovolatilizacióónn

Mecanismos de fitoremediaciónmediante la absorción de metales

FitoestabilizaciónLas raLas raííces de las plantas absorben, ces de las plantas absorben, precipitan y concentran metales precipitan y concentran metales pesadospesados

LoliumLolium perenne Lperenne L

Especies de plantas establecidas en laspruebas de campo con Fitoestabilización

de suelos contaminados con metales(Mench, 2003)

EspeciesEspecies de Plantas de Plantas SitiosSitios

Agrostis Agrostis castellanacastellana, , Agrostis Agrostis delicatuladelicatula Jales, PortugalJales, PortugalHolcusHolcus lanatuslanatus, , CytisusCytisus striatusstriatus,,Lotus Lotus corniculatuscorniculatus, , PoaPoa compressacompressa, , Copper Cliff, Copper Cliff, Agrostis Agrostis giganteagigantea CanadaCanadaPoaPoa pratensispratensis, , PhleumPhleum pratensepratense,,FestucaFestuca arundinaceaarundinacea, , FestucaFestuca rubrarubra MaatheideMaatheide--AgrostisAgrostis capillariscapillaris, F. , F. rubrarubra LommelLommel, Belgium , Belgium

Fitoacumulación

Las plantas tolerantes, absorben y Las plantas tolerantes, absorben y translocantranslocan metales a parte ametales a parte aéérea. Se rea. Se usan para reducir la movilidad de los usan para reducir la movilidad de los mismos y evitar el pasaje a napas mismos y evitar el pasaje a napas subterrsubterrááneas o al aire. neas o al aire.

Fitovolatilización:LLas plantas absorben as plantas absorben loslos metales metales

pesados y los liberan a la atmpesados y los liberan a la atmóósfera con sfera con la transpiracila transpiracióónn

ContaminaContaminantesntes comocomo el el Mercurio, Mercurio, selenioselenio

Efecto de la Fitoestabilizacióny Fitoacumulación

Parte vegetal aérea= fitoacumula

Raíz= fitoestabiliza

Ensayo con Festuca arundinacea Cátedra de Fertilidad y Fertilizantes FAUBA

2º Time - Total Cd

02468

10

A Bt BCColumn

ug g-1

Control CompostPlant Compost-Plant

Zubillaga et al., 2006

Pb-DTPA

01234567

A Bt BCControl Compost Planta Comp-Planta

2º muestreo

a

b

b b ba a a a

ac

ab

EFECTO DE LA FITORREMEDIACION Y LA APLICACIÓN DE ENMIENDA ORGÁNICA EN LA MOVILIDAD DE METALES PESADOS EN EL PERFIL DE UN SUELO CONTAMINADO

Zubillaga et al., 2006

suelo

Para los cuatro metales analizados Para los cuatro metales analizados y todos los tratamientos, el mismo y todos los tratamientos, el mismo patrpatróón de lixiviacin de lixiviacióón, con mayor n, con mayor masa de metales pesados en el masa de metales pesados en el horizonte A.horizonte A.

El horizonte El horizonte BtBt, con 62.9% arcilla, , con 62.9% arcilla, presenta una barrera al pasaje de presenta una barrera al pasaje de metales. Los minerales de arcilla metales. Los minerales de arcilla juegan un rol en la inmovilizacijuegan un rol en la inmovilizacióón n de metales pesados a travde metales pesados a travéés del s del efecto de efecto de complejacicomplejacióónn superficial superficial debido a su alta superficie debido a su alta superficie especespecíífica fica

El contenido de HM del horizonte El contenido de HM del horizonte contaminado del suelo supercontaminado del suelo superóó los los llíímites establecidos por mites establecidos por regulaciones internacionales. No regulaciones internacionales. No obstante, las concentraciones de obstante, las concentraciones de dichos metales en los lixiviados de dichos metales en los lixiviados de los distintos horizontes mostraron los distintos horizontes mostraron que rara vez superan los lque rara vez superan los líímites mites establecidos en aguas para establecidos en aguas para distintos usos.distintos usos.

Zubillaga et al., 2006

HEAVY METAL MOBILITY IN POLLUTED SOILS: EFFECT OF DIFFERENT TREATMENTS

Zn0

10

20

30

40

50

0 0.25 0.5 0.75 1mg

cm

Control CompostPlant Compost+Plant

La disminucion en el tiempo es debido a restricciones de uso de diversos insumos, a pesar de ello la acumulacionde HM en suelos superficiales continúa.

La lixiviacion presentada esta fuertemente relacionada con el escurrimiento subsuperficial afectado especialmente por la aplicación de estiércol, efecto redox y la retención y liberación de metales desde sedimentosLixiviación desde

fuentes agrícolas Schipper et al.,2008

NetherlandsAcumulacion de MP en suelos agricolas y riesgo de incrementar la lixiviacion

Platas utilizadas con fines de remediación

HiperacumuladorasHiperacumuladoras :

Thlaspi Thlaspi caerulescenscaerulescens (1865)(1865)

MMáás de 400 s de 400 especiesespecies deldel generogenero ThlaspiThlaspiNaturalmenteNaturalmente endendéémicasmicas de los de los sitiossitiosmetalmetalííferosferos ::AcumulanAcumulan los los metalesmetales en sus partes en sus partes aaééreasreas> 1% de > 1% de metalmetal en la en la materiamateria secasecaCd, Co, Cr, Cu, Mn, Ni, Pb, Zn, As, SeCd, Co, Cr, Cu, Mn, Ni, Pb, Zn, As, Se……

Foto

s: C

. Sch

war

tz

Thlaspi caerulescens, Zn, Cd, Pb

>0.01 2>0.1 26>0.1 24>0.1 >300>0.1 5

>1 8>1 18

CobreNíquel

ManganesoZinc

Metal Concentración en las hojas (%MS)

Númerode especies

1121135

355

Númerode Familias

Plomo

CadmioCobalto

Número de plantas hiperacumuladorasidentificadas (Fuente: Baker, 1995)

pool no fitodisponible pools disponibles

Fitoextracción = reducción del riesgo

Hiperacumulador

No acumulador

cantidad removida por fitoextracción

?

VentajasTecnologTecnologíía a in situin situ, ,

SoluciSolucióón de n de tratamientotratamiento definitivodefinitivo((fitoextraccifitoextraccióón) n)

MantieneMantiene y y aumentaaumenta la la fertilidadfertilidad de los de los suelossuelos

MMéétodotodo extensivoextensivo (grandes (grandes surperficiessurperficies) )

PosiblePosible reciclajereciclaje de los de los metalesmetales

AceptadaAceptada socialmentesocialmente

BajosBajos costoscostos

Consideraciones finales

La aplicaciLa aplicacióón conjunta de Tn conjunta de Téécnicas de cnicas de remediaciremediacióón pueden tener un efecto n pueden tener un efecto sinsinéérgico en la remediacirgico en la remediacióón de suelos.n de suelos.

AsAsíí el incremento de la biodisponibilidad el incremento de la biodisponibilidad de metales acelera los tiempos y la de metales acelera los tiempos y la eficiencia de la eficiencia de la fitoremediacionfitoremediacion

MUCHAS GRACIASMUCHAS GRACIAS