Fitorremediación

Fitorremediación

Fitorremediación— Consiste en el uso de plantas y microorganismos asociados a las raíces para limpiar, fijar o reducir la toxicidad de suelos, aguas y sedimentos contaminados. Se utiliza contra metales pesados, derivados del petróleo, algunos plaguicidas, disolventes y otros contaminantes.héroe.epa.gov)

Es importante entender que las plantas no siempre "destruyen" la contaminación. Dependiendo de la tecnología, pueden:

extraer contaminantes del suelo;

mantenerlo en las raíces;

prevenir la propagación del polvo y la erosión;

estimular la descomposición microbiana;

absorber la contaminación del agua;

transforman parcialmente los compuestos orgánicos.

Principales tipos de fitorremediación

La fitoextracción reduce el contenido total de metales en el suelo únicamente cuando se retira periódicamente la biomasa aérea del lugar. La fitoestabilización, en cambio, no elimina el metal, sino que reduce su movilidad y el riesgo de contacto.19 de enero de 2017, instantánea.epa.gov)

1. Fitoextracción

La planta absorbe el metal a través de sus raíces, lo transfiere a sus tallos y hojas, y luego la biomasa se corta y se retira.

Una planta adecuada debe combinar:

resistencia a la contaminación;

la capacidad de absorber el elemento deseado;

transferencia del elemento a los órganos aéreos;

crecimiento rápido;

biomasa suficiente;

Posibilidad de cosecha mecanizada.

Hiperacumuladores

Las plantas hiperacumuladoras son aquellas que pueden acumular concentraciones inusualmente altas de ciertos metales sin morir.

Ejemplos:

Una desventaja de las plantas hiperacumuladoras es su baja biomasa. Por lo tanto, una planta puede contener mucho metal por kilogramo de masa seca, pero extraer poco metal por hectárea.

En ocasiones, las plantas de crecimiento rápido con acumulación moderada son más eficaces que las hiperacumuladoras:

sauce;

álamo;

mostaza;

girasol;

maíz;

miscanthus;

mijo;

raigrás.

Las revisiones actuales enfatizan que, para lograr la efectividad en el campo, deben considerarse tanto la concentración de metal en la planta como el rendimiento total de biomasa.Ciencia Directa)

2. Fitoestabilización

Este es el método más realista para muchos sitios contaminados con plomo, residuos mineros o metales mixtos.

Vegetación:

cubre el suelo desnudo;

reduce el polvo;

Detiene la erosión causada por el agua y el viento;

retiene la contaminación en la zona radicular;

gradualmente forma un horizonte orgánico;

Reduce el contacto directo de las personas y los animales con el suelo.

Para ello, utilice:

cereales perennes;

puntero;

raigrás;

sopa;

juncos;

vivo;

álamo;

un poco;

pino;

arbustos resistentes a las condiciones locales.

La fitoestabilización suele mejorarse añadiendo biocarbón, cal, materiales fosfatados, arcilla, zeolita o compost puro. Sin embargo, el aditivo se selecciona tras realizar pruebas de laboratorio: un material puede fijar un metal a la vez que aumenta la movilidad de otro.

3. Rizodegradación de productos derivados del petróleo

En el caso de los contaminantes orgánicos, el trabajo principal a menudo no lo realiza la propia planta, sino los microorganismos que rodean las raíces.

Las raíces se distinguen por:

Sáhara;

ácidos orgánicos;

aminoácidos;

enzimas;

células moribundas.

Esto aumenta la cantidad de bacterias y hongos que pueden descomponer los hidrocarburos.

Son adecuadas las plantas con un sistema radicular denso:

raigrás;

puntero;

alfalfa;

trébol;

mijo;

miscanthus;

sauce;

álamo.

Los hidrocarburos del petróleo son generalmente más biodegradables que los metales pesados. Sin embargo, las fracciones pesadas degradadas y los HAP se descomponen lentamente, a veces tardando años.héroe.epa.gov)

4. Sauce y Álamo

Los sauces y los álamos se utilizan a menudo en fitotecnología debido a:

crecimiento rápido;

alta biomasa;

sistema radicular profundo y ramificado;

capacidad para consumir mucha agua;

propagación sencilla por esquejes;

Posibilidades de cultivo en rotaciones cortas.

Pueden utilizarse para:

interceptación de agua contaminada;

estabilización de metales;

estimulación de la descomposición de productos derivados del petróleo;

creación de tiras protectoras;

restauración gradual de la estructura del suelo.

Sin embargo, no se trata de bombas totalmente metálicas universales. Una parte significativa del contaminante puede permanecer en las raíces o el suelo. La eficiencia depende en gran medida de la variedad, el pH, la profundidad de la contaminación y la disponibilidad del metal.

5. Mostaza y girasol

A menudo se hace referencia a estas plantas como limpiadoras multiusos, pero sus capacidades suelen estar exageradas.

Mostaza

Ventajas:

crece rápidamente;

forma suficiente biomasa;

fácil de limpiar;

Puede absorber cadmio, zinc, cobre y algunos otros elementos.

Limitaciones:

La eficiencia depende de la forma del metal;

Extrae mal el plomo fuertemente ligado;

puede morir si está muy contaminado;

Requiere siembra anual y eliminación masiva.

Girasol

Ventajas:

gran biomasa;

raíces desarrolladas;

limpieza práctica;

idoneidad para la rizofiltración de algunas aguas contaminadas.

Sin embargo, los resultados de campo para el plomo suelen ser mucho menos concluyentes de lo que se afirma. Debe considerarse un componente de la mezcla de prueba, no un método de limpieza garantizado.

6. ¿Por qué el plomo es particularmente difícil de manejar?

El plomo suele unirse fuertemente a las partículas del suelo y a la materia orgánica. Por lo tanto, su concentración en las hojas puede permanecer baja incluso cuando está presente en altas concentraciones en el suelo.

En el caso del plomo, suele ser más racional:

cubrir el suelo con vegetación;

eliminar el polvo;

ajustar el pH;

unir metales con adsorbentes;

No cultiven alimentos;

Si el riesgo es alto, retire o aísle la capa superficial del suelo.

Los intentos de aumentar artificialmente la disponibilidad de plomo mediante quelación pueden incrementar su migración al agua y generar riesgo de contaminación de las aguas subterráneas. Esta tecnología solo está permitida como medida de ingeniería controlada.

7. El papel de la acidez del suelo

La movilidad de muchos metales aumenta en suelos ácidos.

A medida que disminuye el pH, lo siguiente puede estar más disponible:

cadmio;

zinc;

níquel;

manganeso;

cobre.

Por lo tanto, el encalado a veces reduce la absorción de metales por las plantas. Sin embargo, con la fitoextracción, la excesiva fijación de metales reduce la tasa de su eliminación.

Existe una diferencia fundamental:

paraseguridad y estabilizaciónLos metales generalmente tienden a unirse;

paraextracciones de plantasEs necesario mantener cierto grado de accesibilidad;

El aumento de la disponibilidad solo está permitido si se controla la lixiviación y el estado de la planta.

La absorción también se ve afectada por el contenido de materia orgánica, el tipo de arcilla, el contenido de humedad, los iones competidores y la forma química del propio metal.mdpi.com)

8. Trabajar con biomasa contaminada

Esta es una parte obligatoria del proyecto.

Tras la fitoextracción, las plantas no se consideran una masa verde ordinaria, sino material potencialmente contaminado.

Está prohibido:

dejar la masa segada en el campo;

Compóstalo con compost de alimentos;

utilizar como mantillo;

alimento para animales;

hacer fertilizante con él;

quemar en una estufa doméstica;

transformados en alimentos o cosméticos.

Posibles maneras:

combustión especializada con depuración de gases de combustión;

tratamiento de pirólisis controlada;

eliminación como material contaminado;

extracción de metales de las cenizas;

La fitominería de metales cuando sea económicamente viable.

Incluso después de la combustión, los metales no desaparecen, sino que se concentran en las cenizas.

9. Disposición práctica del sitio

Etapa 1. Examen

Se toman muestras de suelo:

en una cuadrícula regular;

por separado de los lugares sospechosos;

a diferentes profundidades;

cerca de desagües, edificios, carreteras y zonas de almacenamiento de materiales.

No solo se analiza la concentración total, sino también, si es posible, la fracción móvil de los contaminantes.

Etapa 2. Mapeo

El sitio está dividido en zonas:

limpio;

contaminación lumínica;

moderado;

fuerte;

lugares de moda locales.

A menudo, resulta más rentable eliminar o aislar las manchas difíciles que dedicar décadas a limpiarlas con plantas.

Etapa 3. Parcelas de prueba

Antes de plantar toda la zona, se realizan varias parcelas, por ejemplo:

mezcla de cereales perennes;

sauce;

mostaza;

girasol;

planta autóctona de la zona;

control sin plantas.

Tras la temporada, analizan:

suelo;

raíces;

tallos;

hojas;

la cantidad de biomasa obtenida.

Etapa 4. Ciclo principal

Un ciclo incluye:

siembra → crecimiento → análisis → eliminación de toda la masa contaminada → eliminación segura → reanálisis del suelo.

Para los metales, pueden ser necesarios muchos ciclos de este tipo. La fitorremediación suele ser la más adecuada para la contaminación superficial leve o moderada, donde no existe una amenaza inmediata para las personas ni para las aguas subterráneas. Para riesgos agudos, es demasiado lenta.Naturaleza)

10. Ejemplo del sistema de planta DREVO

Primer nivel defensivo

puntero;

raigrás;

zorzal;

loto;

Trébol: solo si tolera bien la contaminación.

Objetivo: cubrir el suelo y detener la erosión.

Segundo nivel de extracción

En gráficos separados:

mostaza;

girasol;

hiperacumuladores especializados;

plantas locales resistentes a los metales.

Objetivo: Comprobar la extracción real de cada metal.

El tercer nivel del árbol

sauce;

álamo;

abedul;

aliso en suelos adecuados.

Objetivo: estabilización profunda, intercepción de agua y formación de microclimas.

capa microbiana

bacterias rizosféricas locales;

hongos micorrícicos;

astillas de madera para contaminación orgánica;

compost limpio y maduro en una dosis controlada.

¿Qué se puede cultivar después de limpiar?

La transición a las plantas alimenticias no está determinada por el número de años transcurridos, sino por análisis repetidos.

Hasta que se confirme oficialmente que el sitio es seguro, lo mejor es usarlo para:

pastos técnicos;

plantas ornamentales;

madera energética;

cinturones forestales de protección;

Material de siembra únicamente si se confirma su seguridad;

biodiversidad sin animales de pastoreo.

Particularmente indeseable en suelos contaminados:

verduras de hoja verde;

raíces;

hongos;

materias primas medicinales;

plantas forrajeras;

Plantas para la alimentación infantil.

La conclusión principal

La fitorremediación no consiste en la plantación puntual de una "planta descontaminante", sino en un sistema biológico-ingenieril controlado:

Análisis de la contaminación → selección del mecanismo → selección de la planta → monitoreo del agua y del suelo → eliminación regular de la biomasa → eliminación segura → análisis repetidos.

Aplicación más fiable:

estabilización de grandes áreas ligeramente contaminadas;

control del polvo y la erosión;

Extracción gradual de cadmio, zinc y níquel;

restauración de suelos contaminados con petróleo en combinación con microorganismos;

crear una barrera vegetal alrededor de las zonas más contaminadas.