APLICACIÓN DE LA FITORREMEDIACIÓN EN TRATAMIENTOS TRATAMIENT OS DE AGUA RESIDUALES Fitorremediación acuática.
11 DE JULIO DE 2017 UNIVERSIDAD NACIONAL JOSE FAUSTINO SANCHEZ CARRION INGENIERIA AMBIENTAL
UNIVERSIDAD NACIONAL JOSÉ FAUSTINO SÁNCHEZ CARRIÓN
FACULTAD DE INGENIERÍA AGRARIA, INDUSTRIAS ALIMENTARIAS ALIMENTARIA S Y AMBIENTAL ESCUELA ACADÉMICA PROFESIONAL DE INGENIERÍA AMBIENTAL CICLO: VIII TEMA: APLICACIÓN DE LA FITORREMEDIACION EN TRATAMIENTOS DE AGUAS RESIDUALES INTEGRANTES DEL GRUPO: Morales Torres Geraldine Milagros Tamayo Vidal Alexander CURSO: Tratamiento de aguas residuales DOCENTE: Dr. José Vicente Nunja Garcia HUACHO – PERÚ PERÚ 2017 1
Índice: I.
INTRODUCCION. .......................................................... ................................................................. ....... 3
III.
PLANTEAMIENTO DEL PR OBLEMA: ............................................................. ........................................ 4 3.1.
PROBLEMA GENERAL:.............................................................. .................................................. 4
3.2.
PROBLEMAS ESPECIFICOS: ......................................................................................................... 4
IV.
OBJETO DE ESTUDIO: .......................................................................................................................... 5
V.
OBJETIVOS:....................................................... ................................................................. .................. 5 5.1.
OBJETIVO GENERAL: ..................................................................................... ............................. 5
5.2.
OBJETIVOS SECUNDARIOS: ...................................................................................... .................. 5
VI.
MARCO TEORICO ................................................................................................................................ 6 6.1.
FITORREMEDIACIÓN. ............................................................... .... ERROR! BOOKMARK NOT DEFINED.
a)
Suelos: ....................................................................................................................................... 1
b)
Las aguas residuales: ................................................................................................................. 1
c)
El aire: ........................................................................................................... ............................. 1
6.1.1.
LAS DISTINTAS FORMAS DE FITORREMEDIACIÓN ....................................................... ............................. 1
a.
Fitoextraccion o fitoacumulación: ..................................................... ........................................ 1
b. c.
Fitotransformacion o fitodegradación: ..................................................................................... 2 Fitofiltración o rizofilt ración: ..................................................................................................... 2
d.
Fitovolatilización: ...................................................................................................................... 3
e.
Fitorrestauración: ................................................................................................. ..................... 3
f.
6.2.
Fitoestimulación: ............................................................................... ........................................ 3 VENTAJAS Y DESVENTAJAS:................................................................. ............................. 5
6.3.
BIORREMEDIACIÓN CON VEGETALES: FITORREMEDIACIÓN DE AGUAS RESIDUALES. ............... 6
6.4.
SISTEMAS DE FITORREMEDIACIÓN: ........................................................................................... 6
A.
Un humedal natural: ................................................................................................................. 6
B. C.
Los filtros verdes o bandas de vegetación: ................................................................................ 6 El lagunaje: ............................................................................. ................................................... 7
6.5.
FITORREMEDIACIÓN ACUÁTICA: ............................................................................................... 8
6.6.
SISTEMAS DE FITORREMEDIACIÓN ACUÁTICA: ...................... ................................................... 8
a.
Humedales construidos: ............................................................................................................ 8
b.
Sistema de tratamiento con plantas acuáticas flotantes: ......................................................... 8
c.
Sistema de tratamiento integral: .............................................................................................. 8
d.
Sistema de rizofiltración (ya mencionado anteriormente). ....................................................... 8
6.7.
TIPOS DE PLANTAS ACUÁTICAS: ......................................................... ........................................ 8
a)
Emergentes: ............................................................................................................................... 8
b)
Flotantes: ................................................................................................................................... 9
c)
Sumergidas: ............................................................................................................. ................ 10
6.8.
CRITERIOS DE SELECCIÓN DE PLANTAS PARA LA FITORREMEDIACIÓN: ................................... 10
6.9.
FUNCIONES DE LAS PLANTAS EN LOS SISTEMAS DE FITORREMEDIACIÓN ACUÁTICA: ............. 10
VII.
CONCLUSIONES: ................................................................................................ ........................... 12
VIII.
RECOMENDACIONES: ................................................................................................ ................... 12
IX.
BIBLIOGRAFIA: .................................................................................................................................. 13
X.
ANEXOS: ........................................................... ................................................................. ................ 14
2
I.
INTRODUCCION:
Todas las actividades que desarrollamos en nuestra vida diaria están relacionadas con el uso del agua, ya que es el líquido indispensable para el desarrollo de la misma. En los últimos años se ha incrementado la contaminación de los cuerpos de agua debido al manejo inadecuado de las aguas residuales urbanas e industriales. Ante lo cual es necesario promover el desarrollo de tecnologías que ayuden a mejorar la calidad de los efluentes y que sean a bajo costo. A nivel mundial los países en desarrollo dan tratamiento al 10% del agua, esto significa que la inmensa mayoría del líquido se vierte a los cauces hídricos. Hay gran cantidad de procesos industriales en los cuales se utilizan, metales pesados como materia prima, como: Plomo cadmio, cobre, etc. Que no son aprovechados al máximo y que cuando son vertidos provocan altas perdidas en el medio, e incluso al hombre. (Eddy, 2004) Hasta hace poco, las únicas tecnologías de descontaminación de suelos estaban basadas en técnicas fisicoquímicas que, en muchas ocasiones, conllevan un alto coste económico, un elevado consumo de energía y, sobre todo, un impacto negativo, a menudo irreversible, sobre la integridad y funcionalidad de los suelos. Por suerte, en los últimos años, han surgido un conjunto de tecnologías biológicas de descontaminación de suelos entre las que se puede destacar la biorremediación (o utilización de microorganismos para degradar compuestos contaminantes) y la fitorremediación, mediante el uso de plantas (Carlos Garbisu, Lur Epelde, José M. Becerril. El Ecologista nº 57).
Actualmente se ha producido un avance en la Biotecnología que es la ciencia que se dedica a remediar lugares o medios contaminados mediante el uso de plantas y organismos relacionados, proceso denominado fitorremediación, la misma que ayudado mucho en la descontaminación de metales pesados. El término fitorremediación hace referencia a una serie de tecnologías que se basan en el uso de plantas para limpiar o restaurar ambientes contaminados, como aguas, suelos, e incluso aire. Es un término relativamente nuevo, acuñado en 1991. Se compone de dos palabras, fito, ta, que en griego significa planta o vegetal, y remediar (del latín remediare), que significa poner remedio al daño, o corregir o enmendar algo. Fitorremediación significa remediar un daño por medio de plantas o vegetales. De manera más completa, la fitorremediación puede definirse como una tecnología sustentable que se basa en el uso de plantas para reducir in situ la concentración o peligrosidad de contaminantes orgánicos e inorgánicos de suelos, sedimentos, agua, y aire, a partir de procesos bioquímicos realizados por las plantas y microorganismos asociados a su sistema de raíz que conducen a la reducción, mineralización, degradación, volatilización y estabilización de los diversos tipos de contaminantes. la fitorremediación puede definirse como una tecnología sustentable que se basa en el uso de plantas para reducir la concentración o peligrosidad de contaminantes orgánicos e inorgánicos de suelos, sedimentos, agua, y aire, a partir de procesos bioquímicos realizados por las plantas y microorganismos asociados a su sistema de raíz que conducen a una serie de mecanismos para reducir los contaminantes.
3
II. JUSTIFICACIÓN: Debido al gran consumo de agua para la limpieza por parte de la sociedad, para satisfacer las necesidades diarias, se genera la descarga de la misma, pero con cierto grado de toxicidad según el uso que se ha dado, de esta forma tenemos a las aguas residuales, negras, industriales. Con la finalidad de aplicar solución a este problema ambiental se realizará este proyecto de Fitorremediación de las aguas residuales (aguas grises) utilizando en este proceso el gran potencial de las plantas capaces de reducir la toxicidad en el agua. Este será un proyecto técnico además de investigación ya que no solo se conocerá del proceso de la Fitorremediación de las aguas residuales (aguas grises) sino que también se llevará a cabo de forma técnica, con la finalidad de conocer la capacidad de depuración de ciertas plantas en estas aguas contaminadas. Las aguas residuales generadas en las poblaciones urbanas son recirculadas al ciclo hidrológico, pero estas al ser contaminadas, son descargadas ya sea a través del cauce de un río, un lago o el mar. Estas aguas no deben provocar una contaminación en estos ecosistemas. Por ello, el agua residual se trata en plantas de depuración de agua para rebajar la cantidad de contaminantes. III. PLANTEAMIENTO DEL PROBLEMA: 3.1.PROBLEMA GENERAL: ¿Cómo se aplica la técnica de Fitorremediación para ayudar a resolver los problemas frecuentes de tratamientos de aguas residuales? 3.2.PROBLEMAS ESPECIFICOS :
¿Cómo podemos ayudar a resolver los problemas de aguas residuales? ¿Cómo identificar los tipos de plantas acuáticas para el tratamiento de aguas residuales y su criterio para la fitorremediación? ¿Cuáles son las funciones de las plantas en los sistemas de fitorremediación acuática?
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IV. OBJETO DE ESTUDIO: Este es un trabajo de investigación que consiste en enfocarnos en La fitorremediación como técnica de uso de vegetación para estabilizar o reducir la contaminación. Aunque muchas personas piensan inmediatamente en este enfoque en conexión con la remediación del suelo, puede aplicarse tanto al agua superficial como a las aguas subterráneas, suelos, lodos y sedimentos ; en aguas residuales que contienen detergentes, jabones y en particular la contaminación que generan estos contaminantes por la presencia en este tipo de agua, se han encontrado algunas especies de plantas nativas, endémicas que son propias de algunos lugares y esas plantas presentan un potencial importante para limpiar o retener estos contaminantes y prevenir su dispersión en el ambiente a las cuales se realizara un adecuamiento para llevar a cabo este proceso de fitorremediación.
V. OBJETIVOS: 5.1. OBJETIVO GENERAL:
El objetivo general de este trabajo es dar a conocer la aplicación de los procesos de Fitorremediación como técnicas para realizar el tratamiento de aguas residuales (Domesticas, Municipales e industriales)
5.2. OBJETIVOS SECUNDARIOS:
Mostrar que el proceso de fitorremediación como técnica es cada vez más explorada para el uso en el tratamiento de agua y aguas residuales. Describir, Definir y Caracterizar los diferentes tipos de Sistemas de Fitorremediación. Establecer la capacidad de absorción de cada una de las especies vegetales.
5
VI. MARCO TEORICO: VII. Calidad del aire 7.1. Índice de Calidad del Aire La El estado de la calidad del aire en Lima Metropolitana se emite diariamente a través del portal institucional del SENAMHI (www.senamhi.gob.pe). El Índice de Calidad del Aire (ICA) se categoriza como bueno, moderado, malo, muy malo y alerta máxima. La clasificación está basada en los valores establecidos por los Estándares Nacionales de Calidad Ambiental del Aire y los Niveles de Alerta Nacional de Contaminantes del Aire. Expresados en un ICA, los ICA son una herramienta muy simple que explica la calidad del aire en cada distrito monitoreado. Para establecer la categoría global de cada estación se utiliza el índice más elevado de los contaminantes monitoreados, representados en el cuadro 1. El dióxido de nitrógeno y el ozono no presentan índices en las dos últimas categorías debido que la legislación vigente no lo establece. Los efectos a la salud humana de acuerdo a la categoría del estado de la calidad del aire y las acciones preventivas son descritos en el cuadro 2. Cuadro 1. Índice de Calidad del Aire Índice de calidad del aire (ICA)
PM10 (µg/m³)
SO2 (µg/m³)
NO2 (µg/m³)
O3 (µg/m³)
24h
24h
1h
8h
0 – 50
0 - 50
0 - 20
0 - 40
0 - 60
>50 – 100
>50 - 150
>20 - 80
>40 - 200
>60 -120
>100 – 200 >150 - 250
>80 - 500
>200
>120
>200 – 300 >250 - 420
>500 - 2500
> 300
>2500
>420
Fuente: adaptado de http://www.epa.gov/, basado en el DS 074-2001 PCM y DS 003-2008-MINAM.
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Cuadro 2. Clasificación de los estados de la calidad del aire
Índice de calidad del aire (ICA)
ICA
Efectos en la salud
Acciones preventivas
BUENO
0 - 50
No hay riesgos en la salud
0 - 60
MODERADO
>50 a 100
Las personas de los grupos >60 -120 sensibles pueden presentar síntomas como tos y cansancio
MALO
>100 a 200
La población puede padecer síntomas como tos seca, ojos cansados, ardor en la nariz y garganta
Muy malo
>200 a 300
Toda la población puede Evitar cualquier presentar agravamiento de esfuerzo físico al los síntomas como tos seca, aire libre ojos cansados, ardor en la nariz y garganta
Alerta Maxima
>300 a 500
Toda la población puede Evitar cualquier padecer riesgos graves y actividad al aire manifestaciones de libre enfermedades respiratorias y cardiovasculares. Aumento de las muertes prematuras en personas de los grupos más sensibles.
Reducir el esfuerzo físico y el trabajo pesado al aire libre
Fuente: adaptado de http://www.epa.gov
7.2.Contaminantes atmosféricos monitoreados La red de vigilancia de la calidad del aire del SENAMHI monitorea permanentemente los siguientes contaminantes: dióxido de azufre (SO2), dióxido de nitrógeno (NO2), monóxido de nitrógeno (NO), óxido de nitrógeno (NOx), ozono troposférico (O3) y partículas menores de 10 micrómetros (PM10). También verifica que se cumplan los Estándares Nacionales de Calidad Ambiental del Aire, establecidos por el Decreto Supremo 074-2001-PCM y el Decreto Supremo 003-2008-MINAM (cuadro 3). Asimismo, emite avisos cuando se sobrepasan los Niveles de Estado de Alerta Nacionales para Contaminantes del Aire, señalados en el Decreto Supremo 009-2003-SA y el Decreto Supremo 012-2005-SA (cuadro 4).
Cuadro 3. Estándares Nacionales de Calidad Ambiental del Aire Forma del Estándar Contaminante
Periodo µg/m³
24h
80
ppb 25ºC 1atm
30.6
Vigencia ppm
Formato
0.03
Media Aritmética , NE más de 1 vez al año
SO₂
24h
20
7.7
0.01
24h
150
-
-
Vigente Fluorescencia UV
Enero 2014 NE más de 3 veces al año
Vigente
Media Aritmétic a anual
Vigente
PM10
PM2.5
Anual
50
-
-
24h
50
-
-
Anual
-
24h
25
-
-
1h
30000
26100.0
26.1
CO 8h
10000
8700.0
8.7
1h
200
106.4
-
NO₂
Separación inercial/filtraci ón (gravimetría)
Vigente
Enero 2014 NE más de una vez al año Promedi o móvil NE más de 24 veces al año Media Aritmétic a anual
Vigente
Infrarrojo no dispersivo
Vigente Quimioluminiscenci a
100
53.2
-
8h
120
61.2
-
Mensual
1.5
-
Vigente
Anual
0.5
-
Vigente
Anual
4
-
Vigente
Anual
2
-
Enero 2014
Hexano (HT)
24h
100
-
Vigente
H₂S
24h
150
-
Vigente
NE más de 24 veces al año
Separación inercial/filtraci ón (gravimetría)
Vigente
Anual
O₃
Método del Análisis
Vigente
Vigente
Fotometría UV
Pb
Benceno
107.9
Elaboración propia, basado en el DS 009-2003-PCM y DS 003-2008-MINAM.
Cuadro 4. Estados de Alerta Nacionales para Contaminantes del Aire Tipos de alerta
Material particulado (PM10) µg/m3
Cuidado
Peligro
> 250
> 350
Emergenci > 420 a
Periodo promedi o aritmétic o 24 horas promedi o aritmétic o 24 horas promedi o aritmétic o 24 horas
Dióxido de azufre (SO2)
Monóxido de carbono (CO)
Sulfuro de hidrogeno (H2S)
µg/m3
Periodo
µg/m3
Periodo
µg/m3
Periodo
> 500
promedi o móvil 3 horas
> 1500
promedio móvil 8 horas
> 1500
promedi o móvil 24 horas
> 1500
promedi o móvil 2 horas
promedi o móvil 8 horas
> 3000
promedi o móvil 24 horas
promedi o móvil 8 horas
> 5000
promedi o móvil 24 horas
> 2500
promedi o móvil 90 minutos
> 2000
> 35000
VIII. fsdfsdf La fitorremediación no es un concepto nuevo, pues desde hace 3000 años los hombres han utilizado la capacidad natural de purificación de las plantas para el tratamiento del agua. Desde la década de 1970 esta práctica ha encontrado un renovado interés, en particular para el tratamiento de los plaguicidas y de los metales . La fitorremediación es un conjunto de tecnologías que utilizan las plantas para reducir, degradar o inmovilizar compuestos orgánicos contaminantes (naturales o sintéticos), de la tierra, del agua o del aire y que provienen de las actividades humanas. Esta técnica también puede tratar la contaminación por compuestos inorgánicos (metales pesados o radioisótopos). a) Suelos: Esta técnica se utiliza para descontaminar biológicamente las tierras contaminada por metales y metaloides, plaguicidas, disolventes, explosivos, petróleo y sus derivados, radioisótopos y contaminantes diversos. b) Las aguas residuales: La fitorremediación también se utiliza para la descontaminación de las aguas cargadas de materia orgánica o contaminantes diversos (metales, hidrocarburos y plaguicidas). c) El aire: También se puede limpiar el aire de zonas cerradas a través de plantas que lo descontaminan (basado en la investigación Proyecto de Ley Wolverton para la NASA en los años 1980-90). Esta investigación se ha desarrollado significativamente en los últimos años. la Fitorremediación es un término utilizado para describir el tratamiento de problemas ambientales a través de la utilización de plantas.
8.1.1. Las distintas formas de fitorremediación a. Fitoextraccion o fitoacumulación:
1
En esta estrategia se explota la capacidad de algunas plantas para acumular contaminantes en sus raíces, tallos o follaje, las cuales pueden ser fácilmente cosechadas. Los contaminantes extraídos son principalmente metales pesados, aunque también puede extraerse cierto tipo de contaminantes orgánicos y elementos e isótopos radiactivos. Generalmente los sistemas de Fitoextraccion se implementan para extraer metales de suelos contaminados, por medio de plantas conocidas como metalofitas, es decir acumuladoras de metales; sin embargo, también pueden implementarse para tratar aguas residuales. El uso de plantas que absorben y concentran en sus partes recolectables (hojas, tallos) los contaminantes contenidos en el suelo (a menudo metales pesados). Se utilizan plantas acumuladoras y / o hiperacumuladoras que sean capaces de tolerar y acumular los metales pesados. Es posible mejorar la extracción mediante la adición de quelatos en el suelo. En la mayoría de los casos las plantas se cosechan y se incineran, las cenizas se almacenan en lugares acondicionados para ello o son transformadas para recuperar los metales acumulados (a esto se le llama fitominería).
b. Fitotransformacion o fitodegradación: Se basa en el uso de plantas para degradar o transformar en sustancias menos tóxicas diversos tipos de contaminantes orgánicos como hidrocarburos aromáticos polinucleares, hidrocarburos totales del petróleo, plaguicidas (herbicidas, insecticidas y fungicidas), compuestos clorados, explosivos y surfactantes (detergentes). A través de reacciones enzimáticas que llevan a cabo plantas y microorganismos en la rizósfera, es decir, la zona del suelo estrechamente asociada con las raíces de las plantas, dichos contaminantes son parcial o completamente degradados o transformados. De esta manera son asimilados por las plantas y secuestrados en sus vacuolas o fijados a estructuras celulares insolubles, como la lignina. Algunas plantas producen enzimas (dehalogenasa, oxigenasa) que catalizan la degradación de las sustancias absorbidas o adsorbidas, que se transforman en menos tóxicas o no tóxicas por la metabolización de los contaminantes en los tejidos vegetales o por los organismos de la rizosfera alimentados por la planta (esto se llama rizodegradación (degradación por la rizosfera).
c. Fitofiltración o rizofiltración: Se basa exclusivamente en hacer crecer, en cultivos hidropónicos, raíces de plantas terrestres con alta tasa de crecimiento y área superficial para absorber, concentrar y precipitar metales pesados de aguas residuales contaminadas. Como puede apreciarse, las estrategias de fitorremediación hacen referencia a los mecanismos predominantes realizados por las propias plantas, pero también, en algunos casos, indican el papel que tienen las comunidades microbianas durante el proceso de remediación. Así, se hace evidente que la fitorremediación es un proceso complejo que involucra la participación de la comunidad microbiana asociada a su sistema de raíz.
2
Foto 1. Raíz de lirio acuático en tratamiento con Pb (Rizofiltración). Utilizados para la descontaminación y restauración de las aguas superficiales y subterráneas. Los contaminantes son absorbidos o adsorbidos por las raíces de las plantas en ambientes húmedos. d.
Fitovolatilización: Algunas plantas son capaces de volatilizar ciertos contaminantes, como mercurio y selenio, contenidos en suelos, sedimentos o agua. Tales contaminantes son absorbidos, metabolizados, trasportados desde su raíz a sus partes superiores y liberados a la atmósfera en formas volátiles, menos tóxicas o relativamente menos peligrosas en comparación con sus formas oxidadas. La transformación de dichos elementos se efectúa básicamente en la raíz, y su liberación se lleva a cabo durante la transpiración.
e. Fitorrestauración: Esta técnica consiste en la completa restauración de suelos contaminados a un estado cercano al funcionamiento de un suelo natural (Bradshaw, 1997). Esta subdivisión de la fitorremediación utiliza plantas nativas de la zona expuesta a la labor de fitorremediación. Se intenta lograr el pleno restablecimiento de los ecosistemas naturales originales. Como se ha señalado por Peer et al. (2005), en comparación con otras técnicas de fitorremediación, fitorrestauración pone de relieve la cuestión del nivel de descontaminación necesario y suficiente. Hay una gran diferencia entre un suelo descontaminado para lograr su adaptación satisfactoria a una ley y restaurar el espacio para hacerlo plenamente utilizable de manera que regrese a las condiciones pre-contaminación. Cuando nos referimos a la fitorrestauración de aguas residuales, se habla de un proceso relacionado con el uso de las plantas para lograr la descontaminación (Dabouineau y al., 2005). Usado en este sentido, se convierte en sinónimo de Fitopurificación. Este tipo particular de proceso incluye la depuración de agua por macrófitos. En este caso, son las bacterias que viven en la zona de las raíces de los macrófitos las que son garantes de la remediación, las plantas son, sencillamente, un sustrato de crecimiento de microorganismos.
f. Fitoestimulación:
3
En este caso, los exudados de las raíces de las plantas estimulan el crecimiento de microorganismos capaces de degradar contaminantes orgánicos. Como parte de sus actividades metabólicas y fisiológicas, las plantas liberan azúcares simples, aminoácidos, compuestos alifáticos y aromáticos, nutrientes, enzimas y oxígeno, y los transportan desde sus partes superiores hasta sus raíces, favoreciendo el desarrollo de comunidades microbianas en el suelo circundante; particularmente hongos y bacterias, cuyas actividades metabólicas causan la mineralización de los contaminantes Cada una de las estrategias tiene condiciones particulares, determinadas principalmente por el tipo de contaminante y el sustrato a tratar: suelos, sedimentos o agua. En forma general, las medidas correctivas para contaminantes orgánicos incluyen la fitodegradación (o biotransformación) y la fitoestimulación mientras que, para los metales pesados, incluidos los metaloides, radionúclidos y ciertos tipos de contaminantes orgánicos, se aplican la fitovolatilización, la fitoestabilización, la Fitoextraccion y la rizofiltración
I magen1. Procesos involucrados en la fitorremediación
4
8.2.VENTAJAS Y DESVENTAJAS : El cuadro 1 muestra las principales ventajas que ofrece la fitorremediación, en comparación con otras tecnologías convencionales.
CUADRO 1. Ventajas y desventajas de la fitorremediación
VENTAJAS
Es una tecnología sustentable Es eficiente para tratar diversos tipos de contaminantes in situ Es aplicable a ambientes con concentraciones de contaminantes de bajas a moderadas Es de bajo costo, no requiere personal especializado para su manejo ni consumo de energía Es poco perjudicial para el ambiente No produce contaminantes secundarios y por lo mismo no hay necesidad de lugares para desecho Tiene una alta probabilidad de ser aceptada por el público, ya que es estéticamente agradable Evita la excavación y el tráfico pesado Tiene una versatilidad potencial para tratar una gama diversa de materiales peligrosos Se pueden reciclar recursos (agua, biomasa, metales)
DESVENTAJAS
Es un proceso relativamente lento (cuando las especies son de vida larga, como árboles o arbustos) Es dependiente de las estaciones El crecimiento de la vegetación puede estar limitado por extremos de la toxicidad ambiental Los contaminantes acumulados en las hojas pueden ser liberados nuevamente al ambiente durante el otoño (especies perennes) Los contaminantes pueden acumularse en maderas para combustión No todas las plantas son tolerantes o acumuladoras La solubilidad de algunos contaminantes puede incrementarse, resultando en un mayor daño ambiental o migración de contaminantes Se requieren áreas relativamente grandes Pudiera favorecer el desarrollo de mosquitos (en sistemas acuáticos)
F uente: (Polprasert, 1996; Brooks, 1998; Raskin y Ensley, 2000).
5
8.3.BIORREMEDIACIÓN CON VEGETALES: FITORREMEDIACIÓN DE AGUAS RESIDUALES . La biorremediación se logra usando seres vivos capaces de metabolizar: transformar, degradar, disminuir o eliminar de un ecosistema a sus contaminantes. Sería básicamente, reproducir lo que ocurre en los suelos y cuerpos de agua en la naturaleza cuando se depuran de manera natural, sin necesidad de implementar aparatología costosa ni de efectuar grandes gastos de energía ni grandes impactos al ambiente. Cuando se trata de recuperar un ecosistema acuático hablamos de fitorremediación. En este caso se emplean aquellas especies vegetales con la mayor capacidad de tolerar, asimilar o acumular grandes concentraciones de residuos radioactivos, orgánicos o metales pesados. Lo fantástico es que, comparándolo con un sistema estándar de depuración de agua, este sistema de biorremediación considerado blando implica bajo consumo energético y bajo impacto ambiental. 8.4. SISTEMAS DE FITORREMEDIACIÓN: Podemos distinguir distintos sistemas de fitorremediación entre los sistemas blandos de biodepuración. Tenemos los humedales artificiales, los filtros verdes y los lagunajes. En cada uno de ellos diferentes combinaciones de microorganismos y vegetales, son las encargadas de la “limpieza” de los cuerpos de agua.
A. Un humedal natural: Es un tipo muy específico de ecosistema caracterizado por su gran biodiversidad, la que involucra a diversos tipos de plantas acuáticas, terrestres y palustres, así como a varios niveles de insectos, algunos mamíferos, anfibios, reptiles y principalmente variedad de aves. Su gran humedad los provee de abundante vegetación en todos los planos, siendo este ambiente una combinación acuática -terrestre con mucha área transitiva en que la misma vegetación hace creer que la zona pantanosa es tierra firme. Este tipo de ecosistema además se ser considerados mundialmente refugio de biodiversidad y patrimonio para la conservación, ya son reconocidos como filtros biogeoquímicos que intervienen en la estabilidad del clima, la regulación del ciclo hidrológico, y en la recarga de acuíferos. Por todo esto los humedales artificiales en el lugar de los sistemas convencionales de depuración, presentan un gran potencial para el tratamiento de aguas servidas. Reproduciendo la perfecta combinación entre macrófitos, algas, vegetales palustres y otros microorganismos de los humedales naturales, se dan tratamiento a aguas residuales urbanas y para aguas servidas (como por ejemplo en casos de drenajes ácidos de minas) Siendo este tipo de sistema de fitorremediación el más indicado para reducir elevadas concentraciones de metales pesados de manera ecológica, las resultantes de las extracciones y del procesamiento del mineral, entre otras. B. Los filtros verdes o bandas de vegetación: Son una especie de sistema de biodepuración que podríamos llamar transitivo, ya que con ellos se intenta recuperar y conservar al agua y al suelo al mismo tiempo.
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Estos filtros son diseñados para eliminar sedimentos, residuos orgánicos, residuos agroquímicos y aguas residuales. Básicamente actúan entre las posibles fuentes contaminantes y los cursos de agua a salvaguardar disminuyendo el avance de la contaminación al contactarse los agentes contaminantes con las bandas vegetales, sumado a que ayuda a la decantación de solidos suspendidos, al mismo tiempo que favorece la infiltración del agua en el suelo. En definitiva, son ideales para proteger de manera sustentable y con un mínimo consumo energético, a los cauces de agua de los contaminantes residuales de las actividades agrícolas, y a las aguas de los contaminantes residuales domésticos. C. El lagunaje: La fitorremediación se cimenta en la en la combinación conjunta de potencialidades de microorganismos y de vegetales. Básicamente porque los primeros metabolizan la mayor parte de las sustancias orgánicas disueltas en el ecosistema acuático, mientras que las plantas las absorben (en especial a los sulfatos, nitratos y al fósforo). Estas plantas distribuyen una parte del oxígeno producido a las raíces, mientras que otra parte pasa al agua induciendo la actividad metabólica de los microorganismos, manteniendo así la depuración, (oxígeno que en una depuradora convencional se incorporaría por el bombeo de aire al agua mediante bombas eléctricas consumiendo energía eléctrica); en cambio de esta manera se utiliza una energía alternativa inocua. En el transcurso de este proceso de absorción y transformación de contaminantes disminuyen notoriamente los niveles drásticos de riesgo en aguas y suelo. Al final del dispositivo de fitorremediación por lagunaje el agua que se obtiene está completamente limpia. Los fitosistemas entonces son sistemas blandos de depuración de residuos antropogénicos en los cuerpos de agua o en ecosistemas de transición suelo-agua. Entre estos encontramos los lagunajes (en los que actúan algas y bacterias suspendidas en el agua), los filtros verdes (en los que intervienen diferentes especies herbáceas o leñosas), y los humedales artificiales (en los que la fitodiversidad es máxima). Todos ellos representan una manera alternativa, sustentable y económica de recuperar la calidad del agua y al mismo tiempo el suelo; de eso se ocupa la fitorremediación.
I magen2 : Biorremediación con vegetales: fitorremediación de aguas residuales
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8.5. FITORREMEDIACIÓN ACUÁTICA: Tradicionalmente, las plantas vasculares acuáticas han sido consideradas como una plaga en sistemas enriquecidos con nutrientes. Su rápida proliferación puede dificultar la navegación y amenazar el balance de la biota en los ecosistemas acuáticos. Sin embargo, en la actualidad se considera que estas plantas también
pueden ser manejadas adecuadamente y volverse útiles, debido a su capacidad para remover y acumular diversos tipos de contaminantes. Además, su biomasa puede ser aprovechada como fuente de energía, forraje y fibra. Los primeros sistemas de tratamiento de aguas residuales a base de plantas se implementaron en los países europeos a principios de 1960, utilizando juncos o carrizos. Desde entonces, los sistemas de fitorremediación acuática se han perfeccionado y diversificado, y su aceptación y aplicación cada vez es mayor. La fitorremediación acuática tiene la ventaja de que se pueden remover, in situ, diferentes tipos de metales que se hallen con bajas concentraciones en grandes volúmenes de agua. 8.6. SISTEMAS DE FITORREMEDIACIÓN ACUÁTICA : Los sistemas de fitorremediación acuática pueden ser de cuatro tipos: a. Humedales construidos : Se definen como un complejo de sustratos saturados, vegetación emergente y subemergente, animales y agua que simula los humedales naturales, diseñado y hecho por el hombre para su beneficio. b. Sistema de tratamiento con plantas acuáticas flotantes : Pueden ser estanques semiconstruidos o naturales, donde se mantienen plantas flotantes para tratar aguas residuales. c. Sistema de tratamiento integral : Es una combinación de los dos sistemas anteriores. d. Sistema de rizofiltración (ya mencionado anteriormente). Se ha demostrado que estos sistemas pueden remover eficientemente fosfatos, nitratos, fenoles, pesticidas, metales pesados, elementos radiactivos, fluoruros, bacterias y virus, de aguas residuales municipales, agrícolas e industriales, incluyendo las industrias: lechera, de pulpa y papel, textil, azucarera, de curtiduría, de destilería, aceitera, de galvanizado y metalurgia.
8.7. TIPOS DE PLANTAS ACUÁTICAS: Con base en sus formas de vida, las plantas utilizadas en los sistemas de fitorremediación acuática se clasifican en tres grupos: a) Emergentes: La raíz de estas plantas está enterrada en los sedimentos y su parte superior se extiende hacia arriba de la superficie de agua. Sus estructuras reproductoras están en la porción aérea de la planta.
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Ejemplos: carrizo (Phragmites communis), platanillo (Sagitaria latifolia) y tule (Thypa dominguensis). b) Flotantes: Se subdividen en dos grupos: Plantas de libre flotación (no fijas): Sus tallos y hojas se desarrollan sobre la superficie del agua. Sin embargo, sus raíces no están fijas en ningún sustrato y cuelgan en la columna de agua. Sus estructuras vegetativas y reproductivas se mantienen emergentes. Ejemplos: lirio acuático (Eichhornia crassipes), lenteja de agua (Lemna spp. y Salvinia minima).
Foto 2. Tratamiento del lirio acuático (Eichhornia crassipes) con diferentes dosis de Pb.
Foto 3. Spirodela polyrhiza, conocida comúnmente como “flor de agua”, “lagrimilla” o “lenteja de agua”.
Foto 4. Fronda de Salvinia minima Plantas de hoja flotante (fijas): Tienen sus hojas flotando sobre la superficie del agua, pero sus raíces están fijas en los sedimentos. Ejemplo: nenúfares (Nymphaea elegans y Nymphoides fallax).
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c) Sumergidas: Se desarrollan debajo de la superficie del agua o completamente sumergidas. Sus órganos reproductores pueden presentarse sumergidos, emerger o quedar por encima de la superficie de agua. Ejemplos: bejuquillo (Cerathophyllum demer sum), hidrilla o maleza (Hydrilla
verticillata) y pastos (Phyllospadix torreyi). 8.8.CRITERIOS DE SELECCIÓN DE PLANTAS PARA LA FITORREMEDIACIÓN: La eficiencia de remoción de contaminantes durante el proceso de fitorremediación dependerá principalmente de la especie de planta utilizada, el estado de crecimiento de las plantas, su estacionalidad y el tipo de metal a remover. Por lo mismo, para lograr buenos resultados, las plantas a utilizar deben tener las siguientes características: • Ser tolerantes a altas concentraciones de metales. • Ser acumuladoras de metales. • Tener una rápida tasa de crecimiento y alta productividad. • Ser especies locales, representativas de la comunidad natural. • Ser fácilmente cosechables.
8.9.FUNCIONES DE LAS PLANTAS EN LOS SISTEMAS DE FITORREMEDIACIÓN ACUÁTICA: En general, los mecanismos involucrados en la remoción de contaminantes de aguas residuales son de tres tipos: físicos (sedimentación, filtración, adsorción, volatilización), químicos (precipitación, hidrólisis, reacciones de óxido-reducción o fotoquímicas) y biológicos (resultado del metabolismo microbiano, del metabolismo de plantas, de procesos de bioabsorción). Uno de los principales procesos que ocurren en el tratamiento de aguas residuales, es la degradación de la materia orgánica que llevan a cabo los microorganismos que viven sobre y alrededor de las raíces de las plantas. Los productos de degradación son absorbidos por las plantas junto con nitrógeno, fósforo y otros minerales. A su vez, los microorganismos usan como fuente alimenticia parte o todos los metabolitos desechados por las plantas a través de su raíz. Otro fenómeno importante es el relacionado con la atracción electrostática entre las cargas eléctricas de las raíces de las plantas con las cargas opuestas de partículas coloidales suspendidas, las cuales se adhieren a la superficie de la raíz y posteriormente son absorbidas y asimiladas por las plantas y los microorganismos. Además, las plantas tienen la capacidad de transferir oxígeno desde sus partes superiores hasta su raíz, produciendo una zona aeróbica en sus alrededores que favorece los distintos procesos que ocurren durante el tratamiento de aguas residuales domésticas.
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En el cuadro 2 se resume la función de las plantas acuáticas en los sistemas de tratamiento de aguas residuales. Como se ha mencionado, las raíces de las plantas sirven primeramente como sustrato para la comunidad microbiana, cuya actividad reduce significativamente el contenido de sólidos suspendidos, los niveles de nitrógeno y el consumo de oxígeno. Posteriormente, las propias plantas, a través de sus actividades metabólicas, se encargan de asimilar, transformar y acumular los diferentes tipos de contaminantes.
CUADRO 2. Función de las plantas acuáticas en los sistemas de tratamiento Parte de la planta
Función
Raíces o tallos sumergidos
Sustrato para el crecimiento bacteriano Medio para la filtración y adsorción de sólidos Bioabsorción y acumulación de contaminantes
Tallos u hojas emergentes
Atenúan la luz del sol y así pueden evitar el crecimiento de algas suspendidas Reducen los efectos del viento sobre el agua Reducen la transferencia de gases y calor entre la atmósfera y el agua Transfieren oxígeno desde las hojas a la raíz Transfieren y acumulan contaminantes
Fuente: Reddy y Smith, 1987; Polprasert, 1996
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IX. CONCLUSIONES:
La fitorremediación representa una tecnología alternativa para la restauración de ambientes y efluentes contaminados. Es una tecnología de bajo costo, puesto que no requiere de infraestructura sofisticada. Puede implementarse in situ para remediar grandes extensiones de áreas contaminadas o para tratar grandes volúmenes de aguas diluidas, es decir, con bajas concentraciones de contaminantes. En general, es una tecnología barata, simple, sustentable, compatible con el ambiente y estéticamente más agradable que las tecnologías convencionales. Ofrece más ventajas que desventajas y, por lo mismo, en los países desarrollados ha dejado de ser una opción potencial de tratamiento para convertirse en una tecnología aplicable, eficiente para remover, transformar o degradar diversos tipos de contaminantes. Particularmente la fitoextracción y rizofiltración son las estrategias de fitorremediación más desarrolladas, tanto que actualmente son comercializadas por algunas compañías de remediación ambiental en Europa y Estados Unidos. El proceso de fitorremediación puede ser optimizado de diferentes maneras, lo cual dependerá del contaminante a tratar.
X. RECOMENDACIONES:
En el caso de metales pesados, la fitorremediación puede ser más eficiente cuando se incrementa la biodisponibilidad del metal por la adición de agentes quelantes o extractantes, que forman complejos solubles fácilmente asimilados por las plantas. Asimismo, el uso de plantas genéticamente modificadas, con mayor tolerancia y mayor capacidad de acumulación, puede representar otra opción viable para aumentar la eficiencia de la fitorremediación. La fitorremediación es una tecnología ambiental de gran potencial, pero son contadas las instituciones que realizan investigación para implementar sistemas de fitorremediación, debido a la carencia de personal especializado, al desconocimiento de esta tecnología por parte de autoridades e industriales, y a la falta de presupuesto. Al resultar evidente la necesidad de formación de recursos humanos y una mayor asignación de recursos financieros para la investigación en este campo emergente se recomienda una mayor Gestión.
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XI. BIBLIOGRAFIA :
http://www.ecologistasenaccion.org/article17857.html - Junio de 2008, por Revista. http://www.ccba.uady.mx/bioagro/V8N2/BC%208.2%20Fitorremediacion. pdf – Julio -diciembre- 2015 - Campus de Ciencias Biológicas y Agropecuarias – UADY. Gerardo Carrillo - Bioagrociencias - Volumen 8, Número 2. http://www.revistaciencia.amc.edu.mx/images/revista/55_3/Fitorremediaci on.pdf - Roberto Aurelio Núñez López, Yunny Meas Vong, Raúl Ortega Borges y Eugenia J. Olguín - julio-septiembre 2004. http://www.biodisol.com/contaminacion-ambiental/biorremediacion-convegetales-fitorremediacion-de-aguas-residuales/ - Fernando Olmedo - 16 abril, 2013 - contaminación ambiental, desarrollo sostenible, medio ambiente, reciclado.
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XII. ANEXOS: Tabla 1. Efectos de los distintos tipos de contaminación. F uente: Hernández Aurelio, Sistema para depuración de aguas residuales. Fuentes puntuales y no puntales de contaminación.
Tabla 2. Mecanismos de fitorremediación. F uente: Ghosh y Singh 2005.
Proceso
Mecanismo
Contaminante
Fitoestabilizacion
Complejacion
Organicos e inorganicos
Fitoextraccion
Hiperacumulacion
Inorganicos
Fitovolatilizacion
Volatilizacion a travez de las hojas
Organicos e inorganicos
Fitoinmovilizacion Acumulacion en la risosfera
Organicos e inorganicos
Fitodegradacion
Uso de plantas y Organicos microrganismos para asociados para degradar contaminantes
Rizofitracion
Uso de raices para absorver y adsorber contaminantes del agua
Organicos e inorganicos
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