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Actividad 5 Alternativas de Solución al Problema de Contaminación del Suelo

Presentado por Clara Sánchez Castilla Código: 1124493459 Gisel Andrea Guerra Código: 1.100.400.794 Amanda Elena Rojas Código: 23862446 Edwin Moreno Chaparro Código: 1.024.496.850

Presentado a Sandra Yamile Pulido

Grupo Colaborativo 358013_2

Propiedades y Contaminación del Suelo Universidad Nacional Abierta y a Distancia UNAD Abril de 2017

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Introducción En el desarrollo de esta investigación, profundizaremos en el manejo de la contaminación del suelo, haciendo referencia a los métodos de evaluación de contaminantes del suelo, la legislación ambiental vigente en el tema y las técnicas más utilizadas para solucionar problemas de contaminación del suelo. La Biorremediación surge de la necesidad de disminuir el impacto ambiental que esto conlleva, con el fin de desintoxicar contaminantes en los diferentes ambientes (mares, lagos, ríos, estuarios y suelos) usando microorganismos, plantas o enzimas de estos, de manera estratégica. Gracias a la biotecnología se han desarrollado diversas estrategias con el fin de restaurar el suelo y la calidad ambiental, de acuerdo con las necesidades y dimensiones del problema. Los impactos ambientales que han dejado la extracción de hidrocarburos a nivel mundial han dejado contaminaciones por doquier, sin dejar a un lado los kilómetros de ríos y quebradas. Estos daños a las fuentes hídricas, suelos, aire, fauna y vegetación, causados por actos terroristas a la infraestructura petrolera o como resultado de la actividad de la extracción del petróleo, son prácticamente irremediables, ya que los procesos de descontaminación no alcanzan a cubrir todas las áreas afectadas y se realizan mucho tiempo después de que el crudo ha penetrado al ecosistema.

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Problemática El suelo de la Sabana de Bogotá (Colombia), actualmente se encuentra en uso para cultivos de hortalizas, como: repollo, brócoli, apio, lechuga y cebolla. El manejo de estos cultivos en la actualidad se realiza de manera convencional, resaltando el uso de pesticidas, herbicidas y riego por aspersión. El riego de la zona, proviene de una fuente hídrica superficial que aguas arriba tiene vertimientos industriales. En los últimos años, se ha visto reducida la productividad de los cultivos y adicionalmente se han encontrado trazas de metales pesados en sus tejidos vegetales, que incluso llegan en algunas ocasiones a sobrepasar los límites máximos permisibles que establece el ICONTEC para este tipo de alimentos. Estudios realizados por la autoridad ambiental, indicaron que elementos como el Cadmio, Arsénico y Plomo sobrepasan significativamente los límites de toxicidad en el suelo, llegando a ser retenidos por la materia orgánica y absorbidos por las raíces de las plantas. Esta problemática afecta no sólo a los productores de la zona, sino también a los consumidores de los productos en fresco, quienes corren riesgos sanitarios por intoxicación. Se requiere entonces de medidas para mitigación ambiental, por cuanto el conocimiento sistémico de la problemática permitiría formular adecuadas alternativas de manejo.

La Fitorremediación como alternativa de Recuperación del Suelo

Es una técnica emergente que utiliza la capacidad de ciertas especies vegetales para sobrevivir en ambientes contaminados con metales pesados y sustancias orgánicas y a la vez extraer, acumular, inmovilizar o transformar estos contaminantes del suelo. Las plantas utilizadas en la Fitorremediación presentan mecanismos constitutivos y adaptados para tolerar o acumular un elevado contenido de metales en su rizosfera y en sus tejidos. El éxito de este tratamiento está controlado por la selección de las especies vegetales adecuadas para recuperar un suelo determinado, así como de la cuidada selección de enmiendas (materia orgánica, agentes quelantes, cal, etc.) que permitan mejorar las propiedades del suelo y fomenten la supervivencia y el crecimiento de las plantas (Clemente et al., 2005). La Fitorremediación es un tratamiento natural, limpio y económico, alternativo a otros procesos físicos y químicos más invasivos. De acuerdo con Wenzel et al. (1999), se pueden distinguir cinco procesos básicos de contención (fitoestabilización o fitoinmovilización) o eliminación (fitoextracción, fitodegradación, fitovolatilización y rizofiltración) de contaminantes por los que las plantas pueden ser empleadas en la recuperación de suelos y aguas contaminadas. A continuación, explicamos en un cuadro comparativo las ventajas y desventajas que tiene esta técnica de recuperación de suelos contaminados por metales, como es nuestro caso.

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Alternativas de Recuperación de Suelos Contaminados Ventajas Desventajas Es un proceso de descontaminación Biológico, que utilizan bacterias, hongos y plantas para detoxificar las sustancias de riesgo para el hombre y el medio ambiente. Fitorremediación es un tratamiento natural, limpio y económico, alternativo a otros procesos físicos y químicos más invasivos. Evita la excavación, ya que este método es aplicable in situ. Requiere de un mínimo mantenimiento y materiales.

Baja generación de residuos secundarios, como de emisiones atmosféricas, y emisiones a cuerpos de agua. Es posible atrapar metales que se encuentren en formas químicas móviles. Usualmente, el suelo queda fértil, permitiendo así el crecimiento de una nueva vegetación. Concentración del contaminante: se generan menores volúmenes para disponer. La Fitorremediación se puede utilizar para limpiar una gran variedad de contaminantes, por su capacidad de absorción de estos metales en sus raíces. Puede reducir la entrada de contaminantes en el ambiente, disminuyendo su salida a los sistemas de las aguas subterráneas, porque los contaminantes quedan atrapados en las plantas. Se realiza sin necesidad de trasportar el sustrato contaminado, con lo que se disminuye la diseminación de contaminantes a través del aire o del agua. Es una tecnología sustentable, de bajo costo ya que no requiere consumo de energía. Sólo requiere de prácticas agronómicas convencionales

Es una tecnología de largo plazo, que puede requerir de varios ciclos de cultivo para reducir la concentración de los contaminantes a niveles aceptables. El tiempo requerido depende de la concentración y tipo de contaminantes, de la duración del periodo de crecimiento y de la eficiencia de remoción de la especie utilizada y puede tomar entre 1 y 20 años. El tipo de planta determina la zona a tratar (unos cm – varios metros) En ocasiones las elevadas concentraciones de contaminantes pueden ser tóxicas para las plantas y requiere una buena gestión de la biomasa resultante para impedir que los contaminantes entren en la cadena trófica. Se desconoce la biodisponibilidad y toxicidad de productos. Los contaminantes deben estar biodisponibles. La hiper acumulación de metales tóxicos puede resultar tóxicos para las plantas. Los contaminantes acumulados en las hojas, pueden ser liberados al ambiente. Pueden depender de la estación del año. Se restringe a sitios de contaminación superficial dentro de la rizósfera de la planta. Los contaminantes acumulados en maderas pueden liberarse por procesos de 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. En sistemas acuáticos se puede favorecer la diseminación de plagas, tales como los mosquitos.

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Proceso de descontaminación Las tecnologías utilizadas para el tratamiento de suelos contaminados, han generado grandes avances en los últimos años, aunque existen aún muchos problemas por resolver. Los métodos utilizados para la eliminación de los contaminantes del suelo implican procesos físicos, químicos y biológicos. La Fitorremediación es una Técnica de descontaminación Biológica, dirigida a disminuir la concentración de los contaminantes en el suelo. Entre las diversas categorías de la Fitorremediación se destacan: la fitoextracción, la fitoestabilización, la fitodegradación, la rizofiltración y la fitovolatización, de acuerdo a la contaminación tratada. A continuación, describimos cada una de estas: Tipo

Proceso involucrado

Contaminación tratada

Fitoextracción

las plantas se usan para concentrar metales en las partes cosechables (principalmente, la parte aérea)

Cadmio, cobalto, cromo, níquel, mercurio, plomo, selenio, zinc.

Fitofiltración

Las raíces de las plantas se usan para absorber, precipitar y concentrar metales a partir de efluentes líquidos contaminados y degradar compuestos orgánicos.

cadmio, cobalto, cromo, níquel, mercurio, plomo, selenio, zinc, isótopos radiactivos, compuestos Fenólicos.

Fitoestabilización

Las plantas tolerantes a los metales se usan para reducir la movilidad de los mismos y evitar el pasaje de napas subterráneas o al aire.

Lagunas de desechos de yacimientos mineros. Propuesto para fenólicos y compuestos clorados.

Fitoestimulación

Se usan los exudados radiculares para promover el desarrollo de microorganismos degradativos (bacterias y hongos).

hidrocarburos derivados del petróleo y poliaromáticos, benceno, tolueno, atrazina, etc.

Fitovolatilización

Las plantas captan y modifican metales Mercurio, selenio y solventes pesados o compuestos orgánicos y los clorados (tetraclorometano y liberan a la atmósfera con la triclorometano). transpiración.

Fitodegradación

Las plantas acuáticas y terrestres captan, almacenan y degradan compuestos orgánicos para dar subproductos menos tóxicos o no tóxicos.

municiones (tnt, dtn, rdx, nitrobenceno, nitrotolueno), atrazina, solventes clorados, ddt, pesticidas fosfatados, fenoles y nitrilos, etc.

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Se seleccionan una de estas plantas o varias de este tipo y se plantan en un sitio según los metales presentes y las características del lugar. Después de un tiempo cuando las plantas han crecido, se cortan y se incineran o se deja que se transformen en abono vegetal para reciclar los metales. Este procedimiento se puede repetir la cantidad de veces que sea necesario para reducir la concentración de contaminantes en el suelo a límites aceptables. Si se incineran las plantas, las cenizas deben colocarse en un vertedero para desechos peligrosos, pero la cantidad de ceniza será sólo alrededor del 10% del volumen de los desechos que habría que eliminar si se excavara el suelo contaminado para tratarlo. Los mejores candidatos para la fitoextracción son el níquel, el zinc y el cobre porque son los preferidos de las 400 plantas, aproximadamente, que se sabe que absorben cantidades extraordinarias de metales. Se están estudiando y probando plantas que absorben plomo y cromo. En el proceso de descontaminación se dan los siguientes factores: a. Los iones alcanzan la zona de absorción de la raíz por difusión a través de la solución salina del suelo, son arrastrados por el movimiento del agua hacia la raíz o entran en contacto con las zonas de absorción a medida que la raíz crece. (Fernández y Maldonado, 2000). Los iones metálicos son movilizados por la secreción de quelantes o por la acidificación de la rizosfera. b. Las raíces capturan los metales hidratados o a los complejos metal – quelante por medio de sistemas de transporte como bombas primarias, canales iónicos y transportadores. Dentro de las células los metales quelados principalmente por fitoquelatinas; el exceso de metales es transportado por la vacuola. c. Los metales se transportan de las raíces a la parte aérea vía el xilema, dentro de él los metales se presentan como iones hidratados o como complejo metal- quelante principalmente con histidina y ácido cítrico como ligantes. d. Después de penetrar el apoplasto de las hojas, los metales se distribuyen dentro de la célula, manteniendo cada organelo las concentraciones dentro de rangos fisiológicos específicos. El exceso de metales esenciales y no esenciales (como Pb y Cd) se almacena en las vacuolas.

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Plantas utilizadas en Fitorremediación

Las plantas denominadas fitorremediadoras, poseen atributos ideales la capacidad para acumular el (los) metal (es) de interés, preferiblemente en la parte superior de la planta; son tolerantes a la concentración del metal acumulado; crecen rápido; generan elevada producción de biomasa; resultan fácilmente cosechables y contienen sustancias que impiden que los herbívoros las consuman, para prevenir la transferencia de metales pesados a la cadena alimenticia. (Garbisu y Alkorta, 2001; Gisbert et al. 2003; Kärenlampi et al. 2000; McIntyre, 2003). Se conocen alrededor de 400 especies de plantas con capacidad para absorber selectivamente alguna sustancia. En la mayoría de los casos, no se trata de especies raras, sino de cultivos bien conocidas. Así, el girasol (Heliantus anuus) es capaz de absorber en grandes cantidades el uranio depositado en el suelo, bien por accidentes nucleares (como el de Chernobil) o por el uso bélico de proyectiles construidos a base de este metal (como es el caso de Bosnia). Los álamos (género Populus) absorben selectivamente níquel, cadmio y zinc. También la conocida Arabidopsis thaliana, es capaz de acumular cobre y zinc. Otras plantas comunes que se han ensayado con éxito como posible especies fitorremediadoras en el futuro inmediato son la alfalfa, la mostaza, el tomate, la calabaza, el esparto, el sauce y el bambú. Incluso existen especies vegetales capaces de eliminar la alta salinidad del suelo, gracias a su capacidad para acumular el cloruro de sodio. Una hierba llamada Amaranthus retroflexus ha mostrado ser 40 veces más efectiva que sus competidoras en absorber el amenazador cesio-137 radiactivo, que es uno de los más peligrosos contaminantes de las centrales nucleares.

Periodo de Tratamiento El tiempo de aplicación es más largo un periodo de años, que en otro tipo de tecnologías de descontaminación, aunque esta medida es durante un largo periodo de tiempo y llegan hasta la profundidad hasta la cual llegan las raíces de las hortalizas pueden eliminar los últimos restos de contaminantes atrapados en el suelo que a veces quedan con las demás técnicas de tratamiento Para realizar esta técnica de Fitorremediación se utilizan estos equipos Potenciómetro medidor de PH, Balanza y equipos de laboratorios para realizar los respectivos análisis de cómo va el proceso de eliminación de metales pesados.

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Equipos y suministros necesarios Para llevar a cabo este tipo de técnica de recuperación del suelo, solo es necesario: Fertilizantes orgánicos, fumigadora.

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Diagrama de Proceso de Fitorremediación

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Conclusiones

Concluimos que la Fitorremediación es una tecnología viable, eficiente y útil para la recuperación de suelos contaminados por hidrocarburos y para la recuperación ambiental, es una tecnología aplicable y eficiente, se puede utilizar de manera alternativa o complementaria a otras tecnologías, resulta más económica, sostenible y compatible con el medio ambiente, su efectividad ha sido demostrada con todo tipo de contaminantes que van desde las moléculas inorgánicas hasta las orgánicas. La opinión de diversos autores es que ofrece más ventajas que desventajas y sus perspectivas de desarrollo son muy prometedoras. La Fitorremediación incluye interacciones complejas en donde participan la planta, el suelo y los contaminantes. Las interacciones entre los diferentes actores son múltiples y no son claras. Es posible identificar los efectos positivos de la presencia de las plantas, pero no se conocen los mecanismos de la Fitorremediación, tampoco el desempeño y la ponderación de las etapas en donde los contaminantes son absorbidos y transformados hasta su destino final. Con esta revisión queda claro que hace falta mucho trabajo por realizar. Se distinguen tres líneas de investigación futuras que incluyen las interacciones de los participantes en los mecanismos, las etapas y las fases de la Fitorremediación. Estos conocimientos permitirán proponer soluciones a los problemas de la contaminación y la eventual recuperación de suelos.

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Referencias

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