Uso de plantas para eliminar contaminantes del suelo y las aguas subterráneas (técnicas de fitorremediación)
La fitorremediación se refiere al uso de plantas para eliminar contaminantes del suelo y las aguas subterráneas, o para ayudar en la degradación de contaminantes a una forma menos tóxica.
Algunas plantas son capaces de extraer y concentrar elementos particulares del medio ambiente, ofreciendo así un medio permanente de remediación. El tejido de la planta, que es rico en contaminantes acumulados, puede ser cosechado y procesado de manera segura.
La remediación también se produce cuando las bacterias en las raíces de la planta degradan las especies contaminantes, o cuando las raíces atraen la humedad del suelo contaminado más cerca de la superficie, exponiendo las especies contaminantes a los microbios en un ambiente con mayor contenido de oxígeno. Algunas de las técnicas se presentan en esta sección. Son los siguientes:
1. Fitoextracción:
El uso de plantas para eliminar contaminantes del medio ambiente y concentrarlos en el tejido de la planta sobre el suelo se conoce como fitoextracción.
Aplicabilidad:
La fitoextracción se empleó principalmente para recuperar metales pesados de los suelos; sin embargo, esta tecnología ahora es aplicable a otros materiales en diferentes medios. Los sistemas hidropónicos basados en invernaderos que utilizan plantas con una alta absorción de raíces contaminantes y una mala translocación a los brotes se están investigando actualmente para la eliminación de metales pesados y radionúclidos del agua.
Estas plantas también se conocen como hiperacumuladores. Las plantas con tasas de crecimiento altas (> 3 toneladas de materia seca / hectárea-año) y la capacidad de tolerar altas concentraciones de metales en partes cosechables de las plantas (> 1, 000 mg / kg) son necesarias para un tratamiento practicable.
Limitaciones:
La extracción efectiva de metales tóxicos por medio de hiperacumuladores se limita a profundidades de suelo poco profundas de hasta 24 pulgadas. Si la contaminación se encuentra a profundidades sustancialmente mayores (p. Ej., De 6 a 10 pies), se pueden usar álamos de raíces profundas, sin embargo, existe preocupación por la acumulación de hojas y los residuos tóxicos asociados.
A pesar de tener características amables de acumulación de metales, los hiperacumuladores disponibles en la actualidad carecen de producción adecuada de biomasa, adaptabilidad fisiológica a diferentes condiciones climáticas y adaptabilidad a las técnicas agronómicas actuales.
2. Fitoestabilización:
La fitostabilización implica la reducción de la movilidad de los metales pesados en el suelo. La inmovilización de los metales se puede lograr disminuyendo el polvo arrastrado por el viento, minimizando la erosión del suelo y reduciendo la solubilidad o biodisponibilidad de los contaminantes en la cadena alimentaria. La adición de enmiendas al suelo, como la materia orgánica, los fosfatos, los agentes alcalinizantes y los bio-sólidos puede disminuir la solubilidad de los metales en el suelo y minimizar la lixiviación de las aguas subterráneas.
La movilidad de los contaminantes se reduce por la acumulación de contaminantes por las raíces de las plantas, la absorción en las raíces o la precipitación dentro de la zona de las raíces. En algunos casos, el control hidráulico para evitar la migración de lixiviados se puede lograr debido a la gran cantidad de agua transpirada por las plantas.
Aplicabilidad:
El uso de la fitoestabilización para mantener los metales en su ubicación actual es particularmente atractivo cuando no son factibles otros métodos para remediar áreas a gran escala que tienen poca contaminación. La remediación es difícil en lugares con alta concentración de metales debido a la toxicidad del suelo. Las plantas deben ser capaces de tolerar altos niveles de contaminantes, tener una alta producción de biomasa radicular con la capacidad de inmovilizar contaminantes y la capacidad de retener contaminantes en las raíces.
Limitaciones:
La fitostabilización es útil en sitios con poca contaminación y donde la contaminación es relativamente baja. Las plantas que acumulan metales pesados en las raíces y en la zona de las raíces generalmente son efectivas a profundidades de hasta 24 pulgadas. Los metales que se pueden trasladar fácilmente a las hojas en las plantas pueden limitar la aplicabilidad de la fitoestabilización debido a los posibles efectos en la cadena alimentaria.
3. Fitoestimulación:
La fitostimulación, también conocida como biodegradación de la rizosfera mejorada, rizodegradación o biorremediación / degradación asistida por plantas, es la descomposición de contaminantes orgánicos en el suelo a través de la actividad microbiana mejorada en la zona de la raíz de la planta o en la rizosfera. La actividad microbiana se estimula en la rizosfera de varias maneras: 1. los compuestos, como azúcares, carbohidratos, aminoácidos, acetatos y enzimas, exudados por las raíces enriquecen las poblaciones de microbios indígenas; 2. Los sistemas de raíces traen oxígeno a la rizosfera, lo que asegura transformaciones aeróbicas; 3 biomasa de raíz fina aumenta el carbono orgánico disponible; 4. Los hongos micorrizas, que crecen dentro de la rizosfera, pueden degradar contaminantes orgánicos que no pueden ser transformados únicamente por bacterias debido a vías enzimáticas únicas; y 5. el hábitat para el aumento de las poblaciones microbianas y la actividad es mejorado por las plantas.
Aplicabilidad:
Este método es útil para eliminar contaminantes orgánicos, como pesticidas, compuestos aromáticos e hidrocarburos aromáticos polinucleares (HAP) del suelo y los sedimentos. Los solventes clorados también se han dirigido a los sitios de demostración.
Limitaciones:
Los lugares donde se implementará la fitoestimulación deben tener bajos niveles de contaminación en áreas poco profundas. Los altos niveles de contaminantes pueden ser tóxicos para las plantas.
4. Fitotransformación:
La fitotransformación, también conocida como fitodegradación, es la descomposición de los contaminantes orgánicos secuestrados por las plantas mediante: (1) procesos metabólicos dentro de la planta; o (2) el efecto de compuestos, como las enzimas, producidos por la planta. Los contaminantes orgánicos se degradan en compuestos más simples que se integran con el tejido de la planta, lo que a su vez fomenta el crecimiento de la planta. La remediación de un sitio por fitotransformación depende de la captación directa de contaminantes de los medios y la acumulación en la vegetación.
La liberación de contaminantes volátiles a la atmósfera a través de la transpiración de la planta, llamada fitovolatilización, es una forma de fitotransformación. Si bien la transferencia de contaminantes a la atmósfera puede no lograr el objetivo de una remediación completa, la fitovolatilización puede ser deseable ya que la exposición prolongada al suelo y el riesgo de contaminación de las aguas subterráneas se reducen.
Aplicabilidad:
La fitotransformación puede emplearse para remediar sitios contaminados con compuestos orgánicos. Ciertas enzimas producidas por las plantas son capaces de descomponer y convertir disolventes clorados (por ejemplo, tricloroetileno), residuos de municiones y herbicidas. Esta tecnología también se puede usar para eliminar contaminantes de sitios petroquímicos y áreas de almacenamiento, derrames de combustible, lixiviados de vertederos y productos químicos agrícolas.
La implementación exitosa de esta tecnología requiere que los compuestos transformados que se acumulan dentro de la planta sean no tóxicos o significativamente menos tóxicos que los compuestos originales. En algunas aplicaciones, la fitotransformación se puede utilizar en combinación con otras tecnologías de remediación o como tratamiento de pulido.
Limitaciones:
Esta tecnología generalmente requiere más de una temporada de crecimiento para ser eficiente. El suelo debe tener una profundidad inferior a 3 pies y el agua subterránea a 10 pies de la superficie. Los contaminantes aún pueden ingresar a la cadena alimenticia a través de animales o insectos que comen material vegetal. Pueden requerirse enmiendas del suelo, incluyendo agentes quelantes para facilitar la absorción de la planta al romper los enlaces que unen los contaminantes a las partículas del suelo.
5. Rizofiltración:
La rizofiltración se refiere al uso de raíces de plantas para absorber, concentrar y precipitar metales tóxicos de aguas subterráneas contaminadas. Inicialmente, las plantas adecuadas con sistemas de raíces estables se suministran con agua contaminada para ambientar las plantas. Estas plantas luego se transfieren al sitio contaminado para recolectar los contaminantes, y una vez que las raíces están saturadas, se recolectan. La rizofiltración permite el tratamiento in situ, minimizando la perturbación del medio ambiente.
Aplicabilidad:
Una planta adecuada para aplicaciones de rizofiltración puede eliminar metales tóxicos de la solución durante un período prolongado de tiempo con su sistema de raíces de rápido crecimiento. Se ha encontrado que varias especies de plantas eliminan eficazmente metales tóxicos como Cu (2+), Cd (2+), Cr (6+), Ni (2+), Pb (2+) y Zn (2+) de acuosos. Soluciones. Los contaminantes radioactivos de bajo nivel también se pueden eliminar de las corrientes de líquidos.
Limitaciones:
La rizofiltración es particularmente efectiva en aplicaciones donde están involucradas bajas concentraciones y grandes volúmenes de agua. Las plantas que son eficientes en la translocación de metales a los brotes no deben usarse para la rizofiltración porque se producen más residuos de plantas contaminadas.
6. Humedales construidos:
Los humedales construidos son ecosistemas creados por el hombre diseñados específicamente para tratar aguas residuales, drenaje de minas y otras aguas mediante la optimización de los procesos biológicos, físicos y químicos que ocurren en los sistemas de humedales naturales. Los humedales construidos pueden proporcionar un tratamiento eficaz, económico y ambientalmente racional de las aguas residuales, así como servir como hábitats de vida silvestre.
Los sistemas de humedales construidos se agrupan en tres tipos principales: superficie de agua libre (FWS), sistemas de flujo subsuperficial (SFS) o sistemas de plantas acuáticas (APS). Los sistemas FWS, o sistemas de sustrato del suelo, consisten en plantas acuáticas enraizadas en un sustrato del suelo dentro de una cuenca de tierra construida que puede o no estar revestida según la permeabilidad del suelo y los requisitos de protección de las aguas subterráneas.
Los sistemas FWS están diseñados para aceptar aguas residuales tratadas de manera preliminar y de baja velocidad, en flujo de tapones, sobre la parte superior del medio del suelo o a una profundidad de entre 1 y 18 pulgadas. Los SFS suelen ser sistemas de sustrato de grava que son similares a los sistemas FWS, sin embargo, la vegetación acuática se planta en grava o piedra triturada y las aguas residuales fluyen aproximadamente 6 pulgadas por debajo de la superficie del medio.
El agregado típicamente tiene una profundidad entre 12 y 24 pulgadas. No es evidente un flujo de superficie visible en SFS. Los APS también son similares a los sistemas FWS, pero el agua se encuentra en estanques más profundos y se utilizan plantas acuáticas flotantes acuáticas o plantas sumergidas.
Aplicabilidad:
Los humedales construidos se pueden usar para tratar aguas residuales municipales, escorrentía agrícola, drenaje de minas y otros efluentes. La demanda bioquímica de oxígeno (DBO) y los sólidos suspendidos totales (SST) se reducen de manera efectiva por estos sistemas de humedales artificiales.
Limitaciones:
La orientación técnica para diseñar y operar humedales construidos puede ser limitada debido a la falta de datos operativos a largo plazo. La potencial variabilidad estacional y el impacto en la vida silvestre pueden impactar negativamente la operación del sistema y la obtención de permisos, respectivamente. Se requieren parcelas de tierra relativamente grandes y el consumo de agua es alto debido a las altas tasas de evapotranspiración.
