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biorremedacion
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UTILIZANDO PLANTAS Y MICROBIOS PARA LIMPIAR LA CONTAMINACION
INDICE
Capítulo 1
Biotecnología y medio ambiente
1.1 Definición
Capítulo 2
Bioremedación
2.1 Concepto
2.2 Tipos
2.2.1Degradacion enzimática
2.2.2 Remediación microbiana
2.3 Bioremedacion en el Perú
Capítulo 3
Fitorremediación
3.1 Definición
3.2 Participación de plantas
3.2.1 Plantas hiperaculadoras
3.2.2 Plantas
3.2.2.1 Plantas acuáticas estrictas: hidrofitos
3.3 Ventajas y limitaciones
3.4 Tipos de Fitorremediación
3.4.1 Fitoestabilizacion
3.4.2 Fitoextracción o fitoacumulación
3.4.3 Rizofiltración
3.4.4. Fitodegradación
3.4.5. Fitoinmovilización
Conclusiones
Referencias bibliográficas
CAPITULO I
1.1 Definición
Podemos entender por biotecnología la serie de procesos industriales que
implican el uso de organismos vivos, bien sean plantas, animales o
microorganismos. La biotecnología es la nueva revolución industrial. La idea
que subyace en ella es sencilla: por qué molestarse en fabricar un producto
cuando un microbio, un animal o una planta (los verdaderos protagonistas de
la biotecnología) pueden hacerlo por nosotros. Así, se pueden lograr desde
combustibles a medicinas, pasando por plásticos, alimentos, vacunas,
recursos minerales, etc. Millones de años de evolución les capacitan para
ello. Existen microorganismos para todo: los hay que son capaces de vivir en
agua hirviendo, y los que habitan hielo, pasando por los que existen en el
interior de la corteza terrestre. Son capaces de comer petróleo, madera,
plástico, e incluso rocas sólidas. Pero pese a todo, no siempre es fácil
encontrar el organismo o célula adecuados para producir un determinado
producto. No hay problema: se crean. Para ello la biotecnología cuenta con
una poderosísima herramienta, la ingeniería genética. En muchas ocasiones,
la propia biotecnología se confunde con ella. Productos biotecnológicos
inundan nuestra vida ya. No hay que esperar al futuro. Es verdad que los
más célebres y comercializados son los que atañen a la salud: insulina,
linfocinas, interferón, hormona del crecimiento, eritropoyetina, factores de
coagulación sanguínea, múltiples vacunas, antibióticos, vitaminas, etc. Pero
también hay insecticidas, combustibles renovables, cultivos resistentes,
plantas y animales mejorados en su producción, sistemas de control de la
contaminación, colorantes, alimentos para ganado, etc. Y muchos más que
pronto se comercializarán. La prueba del brillante futuro que aguarda a la
biotecnología es el que empresas como Shell, Exxon, Glaxo, Standard Oil,
Unilever, y muchas otras, cuentan con su propia división biotecnológica en la
que invierten grandes sumas.
CAPÍTULO II
BIORREMEDIACIÓN
RESUMEN:
En los procesos de biorremediación generalmente se emplean mezclas de
microorganismos, aunque algunos se basan en la introducción de cepas
definidas de bacterias u hongos. Actualmente se están desarrollando
microorganismos, algas (especialmente cianobacterias o algas azules) y
plantas genéticamente modificadas para ser empleadas en biorremediación.
2.1 ORIGEN Y CONCEPTO:
Se define como biorremediación a cualquier proceso que utilice
microorganismos, hongos, plantas o las enzimas derivadas de ellos para
retornar un medio ambiente alterado por contaminantes a su condición
natural.
La biorremediación puede ser empleada para atacar contaminantes
específicos del suelo, por ejemplo en la degradación bacteriana de
compuestos organoclorados o de hidrocarburos.
Un ejemplo de un tratamiento más generalizado es el de la limpieza de
derrames de petróleo por medio de la adición de fertilizantes con nitratos o
sulfatos para estimular la reproducción de bacterias nativas o exógenas
(introducidas) y de esta forma facilitar la descomposición del petróleo crudo.
El término biorremediación fue acuñado a principios de la década de los '80.
Los científicos observaron que era posible aplicar estrategias de remediación
que fuesen biológicas, basadas en la capacidad de los microorganismos de
realizar procesos degradativos (Glazer y Nikaido,1995).
Las primeras observaciones de biorremediación fueron con el petróleo,
después de algunos organoclorados y organofosforados; “se advirtió que los
microorganismos no sólo eran patógenos, sino que además eran capaces de
absorber compuestos orgánicos, algunos naturales, otros sintéticos, y
degradarlos, lo que constituye el objetivo de la biorremediación”.
La biorremediación surge como una rama de la biotecnología que busca
resolver los problemas de contaminación mediante el diseño de
microorganismos capaces de degradar compuestos que provocan
desequilibrios en el medio ambiente.
Es similar a la biotecnología, en general sus técnicas son específicas para
casos particulares, porque dependen directamente de las condiciones del
ecosistema a recuperar.
A veces, biorremediar un ambiente contaminado puede requerir la
elaboración de un microorganismo genéticamente modificado que sea
eficiente sólo para ese caso.
Un evento más sencillo de biorremediación puede ser el del petróleo. Los
derrames de crudo provocan un desequilibrio al aumentar la cantidad de
carbono, lo que descompensa los niveles de nitrógeno y fosfato, en esas
condiciones metabólicamente no se puede consumir el carbono. La
biorremediación de petróleo consiste en verter los mismos nutrientes que
están descompensados, fosfato, nitrógeno y dejar que los microorganismos
que ya están presentes “hagan su trabajo”.
BIOTECNOLOGÍA Y BIORREMEDACIÓN:
Muchos tratamientos biotecnológicos de contaminantes son considerados
biorremediación, sin embargo algunos autores diferencian entre ambos
procesos. La biotecnología es tecnología que usa elementos biológicos, sea
un organismo o una enzima.
“En estricto rigor un sistema de tratamiento de efluentes o un sistema de
compostage no son biorremediación, son tratamientos biológicos o mixtos
para evitar la contaminación, en cambio la biorremediación se utiliza para
revertir un daño” (Atlas y Unterman, 1999).
Tanto el tratamiento de residuos como la biorremediación usan
microorganismos, pero lo distintivo de la biorremediación es la aplicación de
una tecnología a posteriori, una vez que se ha producido el daño ecológico.
Las primeras observaciones de biorremediación fueron con el petróleo,
después de algunos organoclorados y organofosforados; “se advirtió que los
microorganismos no sólo eran patógenos, sino que además eran capaces de
absorber compuestos orgánicos, algunos naturales, otros sintéticos, y
degradarlos, lo que constituye el objetivo de la biorremediación”.
El crecimiento de la población y el avance de las actividades industriales a
partir del siglo XIX trajeron aparejados serios problemas de contaminación
ambiental. Desde entonces, los países generan más desperdicios, muchos
de ellos no biodegradables o que se degradan muy lentamente en la
naturaleza, lo que provoca su acumulación en el ambiente sin tener un
destino seguro o un tratamiento adecuado. De este modo, en lugares donde
no existe control sobre la emisión y el tratamiento de los desechos, es
factible encontrar una amplia gama de contaminantes. Habitualmente, los
casos de contaminación que reciben mayor atención en la prensa son los
derrames de petróleo. Pero, en el mundo constantemente están sucediendo
acontecimientos de impacto negativo sobre el medio ambiente, incluso en el
entorno directo, generados por un gran abanico de agentes contaminantes
que son liberados al ambiente. Un ejemplo lo constituyen algunas industrias
químicas que producen compuestos cuya estructura química difiere de los
compuestos naturales, y que son utilizados como refrigerantes, disolventes,
plaguicidas, plásticos y detergentes. El problema principal de estos
compuestos es que son resistentes a la biodegradación, por lo cual se
acumulan y persisten en el ambiente y lo perjudica tanto como a los seres
vivos, entre ellos el ser humano.
En las últimas décadas, entre las técnicas empleadas para contrarrestar los
efectos de los contaminantes, se comenzó a utilizar una práctica llamada
biorremediación.
Entonces, la biorremediación surge como una rama de la biotecnología que
busca resolver los problemas de contaminación mediante el uso de seres
vivos (microorganismos y plantas) capaces de degradar compuestos que
provocan desequilibrio en el medio ambiente, ya sea suelo, sedimento, fango
o mar.
BIORREMEDIACIÓN EN ACCIÓN
Todos los contaminantes poseen características que los hacen capaces de
perturbar el medio ambiente y provocar daño a la salud humana y del
planeta. Crear estrategias de biorremediación para eliminarlos todos es un
camino que se está iniciando para esta rama de la biotecnología.
Existen grupos de compuestos especialmente peligrosos para el hombre en
los que la biorremediación ha logrado importantes avances. Uno de estos
grupos son los organoclorados, compuestos orgánicos no naturales que
tienen cloro en su molécula y son capaces de intervenir en los procesos
celulares normales, entre otros la reproducción.
Son relativamente estables y omnipresentes en el ambiente. Surgen como
subproductos de procesos industriales y eventos naturales como incendios
forestales, erupciones volcánicas, incineradores de desperdicios sólidos,
chimeneas, motores, control de plagas, etc. También pueden detectarse en
la mayoría de los alimentos, como pollos, carnes rojas, pescados, productos
lácteos, aceites vegetales y verduras.
También se puede realizar una clasificación en función de los contaminantes
con los que se puede trabajar (Alexander, 1999; Eweis et al., 1999):
Hidrocarburos de todo tipo (alifáticos, aromáticos, BTEX, PAHs).
Hidrocarburos clorados (PCBs, TCE, PCE, pesticidas, herbicidas).
Compuestos nitro aromático (TNT y otros).
Metales pesados: Estos no se metabolizan por los microorganismos
de manera apreciable, pero pueden ser inmovilizados o precipitados.
La biorremediación tiene también inconvenientes y limitaciones. Por ejemplo,
la biodegradación incompleta puede generar intermediarios metabólicos
inaceptables, con un poder contaminante similar o incluso superior al
producto de partida. Por otra parte, algunos compuestos, son resistentes o
inhiben la biorremediación.
El tiempo requerido para un tratamiento adecuado puede ser difícil de
predecir y La aplicabilidad de esta técnica depende de varios factores:
Propiedades del contaminante (biodegradabilidad). En general, los
hidrocarburos alifáticos se degradan rápidamente. Las estructuras
más ramificadas son más difíciles de degradar que las cadenas
lineales, al producir impedimentos estéricos.
Las cadenas ramificadas de sulfonatos de alquilo o arilo a menudo se
degradan muy lentamente.
Los dobles enlaces hacen la molécula más resistente, así como un
incremento del número de anillos bencénicos. Las sustituciones
químicas (ácidos di carboxílicos, nitrilos, metilaciones,
halogenaciones) también hacen la molécula más resistente.
Por otra parte, la biodegradación de compuestos que contienen N ó S
está ligada frecuentemente a su utilización como nutrientes.
Presencia de comunidades microbianas adecuadas, con capacidad
enzimática para metabolizar el compuesto (-s). Los microorganismos
pueden ser autóctonos (biorremediación intrínseca o atenuación) o
añadidos al sistema para mejorar la degradación (bioaumentación).
Disponibilidad del contaminante. Es un factor crítico, más importante
que la propia presencia de comunidades microbianas. Para que la
degradación de un contaminante pueda producirse, es necesario que
interaccione con la célula en medio acuoso.
Inicialmente lo hará con la parte exterior de su pared para
posteriormente ser transportado al interior de la misma. La forma más
común de transporte es la complicación con enzimas extracelulares
producidos por los microorganismos.
Muchos contaminantes orgánicos, como los derivados del petróleo,
PCBs, hidrocarburos aromáticos poli cíclicos (naftaleno, pireno,
fluoreno), solventes halogenados, etc., son hidrofóbicos y tienden a
adsorberse en el suelo, concretamente a la fracción orgánica (ácidos
humicos, ácidos fúlvicos y humina).
Esta es una de las causas, por ejemplo, de la persistencia de muchos
pesticidas. La producción de surfactantes por los microorganismos es
un factor determinante, que atenúa este problema y facilita la
degradación.
Condiciones del medio contaminado: Propiedades que permiten o
limitan el crecimiento microbiano y el metabolismo del compuesto. A
veces es necesario modificar las condiciones, por ejemplo, añadiendo
nutrientes o aireando (bioestimulación).
La biorremediación tiene una serie de ventajas sobre otros métodos. En el
caso de que la contaminación esté en lugares inaccesibles se puede realizar
sin necesidad de cavar.
Por ejemplo en el caso de derrames de petróleo que hayan penetrado en el
suelo y amenacen contaminar a la capa de agua. Esto resulta mucho menos
costoso que el proceso de excavación e incineración que sería la otra
alternativa.
El empleo de desechos orgánicos de fácil degradación como aditivos o
correctores de densidad, resulta una alternativa técnicamente factible, viable
y sencilla que favorece la degradación de contaminantes orgánicos en
suelos a través de procesos de composteo, ya que éstos mejoran las
propiedades del sistema y aportan nutrientes para mantener activas las
poblaciones microbianas.
2.2TIPOS DE BIORREMEDIACIÓN:
En los procesos de biorremediación generalmente se emplean mezclas de
ciertos microorganismos o plantas capaces de degradar o acumular
sustancias contaminantes tales como metales pesados y compuestos
orgánicos derivados de petróleo o sintéticos. Básicamente, los procesos de
biorremediación pueden ser de dos tipos:
2.2.1 DEGRADACIÓN ENZIMÁTICA
Este tipo de degradación consiste en el empleo de enzimas en el sitio
contaminado con el fin de degradar las sustancias nocivas. Estas
enzimas se obtienen en cantidades industriales por bacterias que las
producen naturalmente, o por bacterias modificadas genéticamente
que son comercializadas por las empresas biotecnológicas.
Por ejemplo, existe un amplio número de industrias de procesamiento
de alimentos que producen residuos que necesariamente deben ser
posteriormente tratados.
En estos casos, se aplican grupos de enzimas que hidrolizar (rompen)
polímeros complejos para luego terminar de degradarlos con el uso
de microorganismos.
Un ejemplo lo constituyen las enzimas lipasas (que degradan lípidos)
que se usan junto a cultivos bacterianos para eliminar los depósitos
de grasa procedentes de las paredes de las tuberías que transportan
los efluentes.
Otras enzimas que rompen polímeros utilizados de forma similar son
las celulosas, proteinasas y amilasas, que degradan celulosa,
proteínas y almidón, respectivamente.
Además de hidrolizar estos polímeros, existen enzimas capaces de
degradar compuestos altamente tóxicos. Estas enzimas son utilizadas
en tratamientos en donde los microorganismos no pueden
desarrollarse debido a la alta toxicidad de los contaminantes.
Por ejemplo, se emplea la enzima peroxidasa para iniciar la
degradación de fenoles y aminas aromáticas presentes en aguas
residuales de muchas industrias.
2.2.2 REMEDIACIÓN MICROBIANA
En este tipo de remediación se usan microorganismos directamente
en el foco de la contaminación. Los microorganismos utilizados en
biorremediación pueden ser los ya existentes (autóctonos) en el sitio
contaminado o pueden provenir de otros ecosistemas, en cuyo caso
deben ser agregados o inoculados.
La descontaminación se produce debido a la capacidad natural que
tienen ciertos organismos de transformar moléculas orgánicas en
sustancias más pequeñas, que resultan menos tóxicas. El hombre ha
aprendido a aprovechar estos procesos metabólicos de los
microorganismos. De esta forma, los microorganismos que pueden
degradar compuestos tóxicos para el ambiente y convertirlos en
compuestos inocuos o menos tóxicos, se aprovechan en el proceso
de biorremediación. De esta forma, reducen la polución de los
sistemas acuáticos y terrestres.
La gran diversidad de microorganismos existente ofrece muchos
recursos para limpiar el medio ambiente y, en la actualidad, esta área
está siendo objeto de intensa investigación. Existen, por ejemplo,
bacterias y hongos que pueden degradar con relativa facilidad
petróleo y sus derivados, benceno, tolueno, acetona, pesticidas,
herbicidas, éteres, alcoholes simples, entre otros. Los metales
pesados como uranio, camio y mercurio no son biodegradables, pero
las bacterias pueden concentrarlos de tal manera de aislarlos para
que sean eliminados más fácilmente.
Las actividades microbianas en el proceso de biorremediación se
pueden resumir en la siguiente figura:
FIGURA 1
“METABOLISMO MICROBIANO
Los microorganismos ingieren contaminantes como fuente de carbono y
algunos nutrientes como fósforo y nitrógeno. La digestión de estos
compuestos en sustancias más simples como parte del metabolismo del
microorganismo, puede resultar en la degradación del compuesto en forma
parcial (transformación) o total a dióxido de carbono y agua.
FUENTE DE CARBONO: CONTAMINANTE
MINERALIZACIÓN:CONTAMINANTE TRANSFORMADO
NUTRIENTES: FÓSFORO
NITRÓGENOOTROS
TRANSFORMACIÓN: CONTAMINANTE MODIFICADO
MICROORGANISMOS
2.3 BIORREMEDIACION EN EL PERU
La Bioremediacion en el Perú fue organizada por la Institución Educativa
Soltería de la Región Ucayali, preocupados por la contaminación de las
aguas en su lugar de origen utilizaron plantas acuáticas y lombrices de tierra
para limpiar las aguas y tierras respectivamente.
“Nosotros utilizamos organismos biológicos para recuperar ambientes
contaminados con petróleo, para el caso de las aguas utilizamos la planta
acuática conocidas como huama y lechuga de agua porque tienen la
propiedad de absorber el petróleo en unas bolsitas que forman parte de la
planta y se llama arénqueme y en el caso de los suelos preparamos estiércol
con las lombrices de tierra y las huamas contaminadas que servirán como
abono de tierra y también tratará la tierra para reutilizarla. Según (Info
Región Agencia de prensa Ambiental, Lima, Lunes 13 de junio)
CAPÍTULO III
FITORREMEDIACIÓN
3.1.-DEFINICION
El aumento de los costos y la limitada eficacia de los tratamientos
fisicoquímicos han estimulado el desarrollo de nuevas tecnologías. Por lo
que, la fitorremediación representa una alternativa sustentable y de bajo
costo para la rehabilitación de ambientes afectados por contaminantes
naturales y antropogénicos.
Consiste en el empleo de plantas para la eliminación, degradación o
contención de contaminantes en suelos, sedimentos y aguas.
Las plantas extraen del suelo y de las aguas los contaminantes a través
de la adsorción o absorción directa de sus raíces o mediante mecanismos
de acción combinada con microorganismos asociados que viven en las
raíces de las plantas (Fito estabilización, Fito filtración).
A veces, posteriormente se almacenan en raíces, tallos y hojas(Fito
extracción), se transforman en otros compuestos propios de cada planta
(Fito degradación) o son volatilizados a la atmósfera por transpiración
(Fito volatilización).
Es una técnica no destructiva, pasiva, basada en la energía solar que
constituye una alternativa a los métodos físicos y químicos y también
frente a la remediación por microorganismos.
•Uso in situ.
•Metales, disolventes, explosivos, pesticidas, hidrocarburos, lixiviados,
etc.
•Bajo coste.
•Visualmente agradable.
•Beneficiosa para el suelo.
•También puede servir para combatir la polución atmosférica.
Esta tecnología se basa en la particularidad de que algunas plantas
poseen mecanismos para absorber, translocar y tolerar cantidades
significantes del contaminante que para otras especies serían tóxicas. Por
esta razón, estas plantas pueden sobrevivir en ambientes fuertemente
contaminados, donde otras plantas sin estos mecanismos morirían
3.2.-PARTICIPACION DE PLANTAS
El uso de plantas en la recuperación de suelos contaminados es relevante,
porque la mayoría de las plantas participarán parcialmente en el control de la
erosión por viento y lluvia. Por un lado, existe la posibilidad de recuperación
del suelo contaminado y, por otro lado, simultáneamente, el restablecimiento
de la vegetación en dicha área, por lo cual, a largo plazo, la recuperación del
suelo a través de la fitorrecuperación será sinónimo de restablecimiento,
revegetación y rehabilitación de áreas con alta perturbación (términos que se
han utilizado como sinónimos, pero que consideran diferentes procesos y
metas). La fitorremediación utiliza las plantas para remover, reducir,
transformar, mineralizar, degradar, volatilizar o estabilizar contaminantes. Se
han identificado una amplia diversidad de especies que se emplean para
este fin. Algunas de ellas, debido a su gran capacidad para acumular
metales pesados, reciben el nombre de hiperacumuladoras.
3.2.1 PLANTAS HIPERACUMULADORAS
El uso de este tipo de plantas es relevante en el proceso de Fito
extracción en numerosos casos, acumulación e hiperacumulación son
términos que se utilizan como sinónimos; sin embargo, éstos son
diferentes. Las plantas hiperacumuladoras son capaces de acumular
excesivas cantidades de EPTs en su follaje (> 1% del peso seco de la
planta). Este mecanismo implica alta tolerancia específica a metales
pesados, los cuales están presentes en el suelo en concentraciones que
normalmente podrían considerarse fitotóxicas El uso de plantas
hiperacumuladoras con fines de biorremediación de suelos
contaminados es una práctica reciente con enormes avances en varios
países. Esto se debe a que representa una alternativa viable y redituable
.Sin embargo, las plantas hiperacumuladoras son endémicas de áreas
contaminadas, presentan lento crecimiento y poca producción de materia
vegetal, por lo que varios investigadores están en la búsqueda constante
de especies con alta capacidad acumuladora, rápido crecimiento vegetal
y abundante producción de materia verde. Otra característica de la
mayoría de las especies hiperacumuladoras es que no son micorrízicas
como Thlaspi y Alyssum. Sin embargo, Viola calaminaria y V.
guestphalica, especies metalofitas de suelos contaminados con altas
concentraciones de Zn, presentan altos grados de colonización por
hongos micorrízicos arbusculares . Un aspecto interesante de resaltar es
el poco conocimiento que se tiene sobre la importancia y la función de la
simbiosis en este tipo de plantas y que requiere de estudiarse con
profundidad. Otras plantas que muestran capacidad para acumular son:
girasol,
Sauce, álamo, alfalfa, maíz, tabaco, sorgo y amaranto.
3.2.2 PLANTAS
Fitorrecuperación requiere del establecimiento rápido de una cobertura
vegetal abundante; sin embargo, la alta concentración de EPTs será la
principal limitante para el crecimiento de las plantas, debido a que las
especies vegetales difieren, ampliamente, en su tolerancia a éstos. Para
los fines de recuperación de suelos contaminados, se prefiere el uso de
plantas tolerantes, ya que esto influenciará el éxito de la recuperación de
suelos .Los árboles también son candidatos en las prácticas de
recuperación, pero las consecuencias ecológicas de su uso difieren con
relación a las plantas herbáceas. Esto se debe a su forma de
crecimiento, composición química y longevidad. En los árboles, la
retención de EPTs es en los tejidos perennes, por lo que el tiempo para
entrar al ciclo de descomposición es mayor. En consecuencia, los
árboles tienen la capacidad de inmovilizar EPTs, en compartimentos
metabolitamente inactivos, por periodos más largos, en comparación con
plantas herbáceas. En éstas, los brotes muestran parcial o total pérdida
y descomposición, así los EPTs ingresan de nuevo al proceso
biogeoquímico en el suelo.
Los árboles con altas posibilidades de éxito en la fitorecuperación son
Pinus y Betula, las cuales son especies pioneras en suelos
contaminados. Estas especies son micotróficas obligadas, por lo que
necesitan a los hongos ectomicorrízicos asociados a su raíz, para su
adecuado desarrollo.
Especies de Acer se asocian con los hongos arbusculares, mientras que
especies de Salix lo hacen, tanto con los hongos ectomicorrízicos, como
con los hongos arbusculares (Colpaert, 1998). La dependencia por los
hongos ectomicorrízicos o endomicorrízicos es una característica
relevante que auxilia a las plantas a supervivir,
3.2.2.1 PLANTAS ACUÁTICAS ESTRICTAS: HIDRÓFITOS
Se denominan hidrófitos a las plantas que viven en el agua, que
muestran un grado de adaptación muy avanzado a las condiciones de
vida acuática. A diferencia de los hidrófitos, las plantas terrestres están
arraigadas en suelos más o menos aireados en los que circula la
denominada ‘atmósfera del suelo’, cuya composición es próxima a la del
aire. Los gases más importantes para la fisiología de las plantas son el
oxígeno y el dióxido de carbono, que están en una proporción
aproximada de 210 cm3 y 0.3 cm3 por litro de aire, respectivamente. En
los medios acuáticos la proporción de oxígeno es muy diferente, pero la
proporción de dióxido de carbono suele ser bastante parecida a la de la
atmósfera del suelo. El contenido máximo de oxígeno disuelto en el agua
(agua saturada de aire) es del orden de 6.4 cm3 por litro (a 20ºC), pero
en las aguas de los humedales el oxígeno disuelto es menor, y su
proporción es un índice del grado de contaminación del agua (menos
oxígeno cuanto más contaminada).
Así pues, como consecuencia de las características medioambientales,
las plantas acuáticas han tenido que desarrollar mecanismos de
adaptación a un medio con amplia disponibilidad hídrica pero pobre en
oxígeno. A diferencia de las plantas terrestres, las plantas acuáticas
muestran epidermis muy delgadas, a fin de reducir la resistencia al paso
de gases, agua y nutrientes, y tejidos con un gran desarrollo de los
espacios intercelulares que da lugar a una red de conductos huecos en
los que se almacena y circula aire con oxígeno. Esta red de canales
facilita la difusión de gases entre los distintos órganos de la planta, y
cuando la planta tiene parte de sus órganos por encima de la lámina del
agua, permite la transferencia de oxígeno desde el aire y órganos
fotosintéticos, hacia las raíces, y de allí hacia la rizosfera, actuando
como mecanismo oxigenador del agua del humedal. También se dan
otras muchas adaptaciones al medio acuático, que conviene señalar.
Algunas especies acuáticas prescinden del sistema radicular (por
ejemplo, Ceratophyllum spp.)
Por lo que su aspecto recuerda a las algas. Otras desarrollan heterofilia, que consiste en la diferenciación morfológica entre hojas sumergidas y hojas emergidas (por ejemplo, Ranunculus aquatilis); en estos casos las hojas sumergidas suelen ser delgadas y filiformes.
3.3 -VENTAJAS Y LIMITACIONES
La fitorremediación, por sí misma, muestra una serie de ventajas y limitaciones en comparación con otras tecnologías convencionales, Las Fito tecnologías son especialmente útiles para su aplicación en grandes superficies, con contaminantes relativamente inmóviles o con niveles de contaminación bajo, y deben considerarse procesos de recuperación.
3.4. Tipos de Fitorremediación
3.4.1. Fitoestabilización:
Este método permite inmovilizar en el suelo los contaminantes a
través de su absorción y acumulación en las raíces de las plantas
utilizadas o por precipitación en la zona de la rizosfera. El primer paso
para llevar a cabo un proceso de fitoestabilización es seleccionar las
plantas adecuadas, normalmente especies que acumulan pocos
contaminantes. Conforme las plantas van creciendo, cambian y
estabilizan el suelo, de manera que se reduce la movilidad de los
contaminantes evitando así su migración a otros medios como el agua
o el aire. La fitoestabilización se aplica principalmente a grandes
extensiones de suelo donde existe contaminación superficial y tiene
como ventaja respecto a otros métodos de remediación de suelos que
es fácil de aplicar, tiene bajo costo y además es agradable
estéticamente. Además, los animales se pueden comer estas plantas
sin ningún problema. Algunas de las plantas que se utilizan para la
fitoestabilización son, entre muchas otras, Anthyllis vulneraria para el
zinc, cadmio y plomo, Lupinus albus para el cadmio y el arsénico y
Brassica juncea para cadmio, zinc, cobre, manganeso, hierro y plomo.
. Se aplica principalmente en terrenos extensos en donde existe
contaminación superficial. Esta tecnología tiene como ventajas, sobre
otros métodos de remedión de suelos, que es de menor costo, fácil de
aplicar y estéticamente agradable. Algunas plantas empleadas con
fines de fitoestabilización son: Hyparrhenia hirta (Pb); Zygophyllum
fabago (Zn); Lupinus albus (Cd,As); Anthyllis vulneraria (Zn, Pb, Cd);
Deschampsia cespitosa (Pb, Cd, Zn); Cardaminopsis arenosa
(Cd,Zn); Horedeum vulgare, Lupinus angustifolius y Secale cereale
(As); Lolium italicum y Festuca arundinaceae (Pb, Zn); y Brassica
juncea (Cd, Zn,Cu, Mn, Fe, Pb).
(Barton et al., 2005 Mendez y Maier, 2008,).
Ventajas de la Fitoestabilización:
- Se utilizarán especies vegetales nativas para inmovilizar
contaminantes en el suelo, sedimentos y lodos.
- Previene y reduce la movilidad y la migración de contaminantes a
través de erosión por viento y agua.
- Disminuye la biodisponibilidad (cantidad presente) de metales para
su entrada a la cadena alimenticia.
- Es una tecnología limpia que no se ha usado en Chile a esta escala.
- Permite estabilizar: química, física y biológicamente.
- El establecimiento de la fitoestabilización dura entre 10 y 15 años.
- Permite la Sustentabilidad, al no requerir la intervención del hombre
cuando este proceso finaliza.
- El proceso de cierre dura aproximadamente 25 años
Tabla 1
Fitoestabilización
Medio Contaminantes Mecanismo Plantas Típicas
Suelos y
sedimento
s
Metales
(Pb,Cd ,Zn,
Cu)
Orgánicos
hidrofobicos
Arboles
freatofitos de
gran
transpiración
de agua para
control
hidráulico
Arboles
freatofitos
de gran
transpiració
n de agua
para
control
hidráulico
(EPA.1996)
3.4.2. Fitoextracción o fitoacumulación:
Consiste en la absorción de metales contaminantes mediante las
raíces de las plantas y su acumulación en tallos y hojas.
Para ello, el primer paso es seleccionar adecuadamente las plantas
según los metales que se encuentren presentes así como las
características del emplazamiento. Una vez que se ha producido el
desarrollo vegetativo de la planta, se corta y se procede a su
incineración, trasladando las cenizas a un vertedero de seguridad. La
ventaja de la fitoextracción es que el proceso se puede repetir de
forma ilimitada hasta que se consiga una concentración de
contaminante en el medio aceptable dentro de los límites
considerados. Algunas de las plantas utilizadas en este método de
fitorremediación son, entre otras, Thlaspi caerulescens para el
cadmio, Vertiveria zizanioides para el zinc, el cadmio y el plomo y
Pistia stratiotes para arsénico, cadmio, cromo, cobre, mercurio,
níquel, plomo y zinc.
La utilidad del método reside en que las cenizas apenas ocuparán el
10% del volumen que ocuparían los desechos en el caso de que el
suelo fuese excavado para tratarlo.
Los mejores candidatos para la fitoextracción son el níquel, el cinc 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.
(Kumar et al., 1995).
Tabla 2
Medio Contaminante Mecanismo Plantas Típicas
Suelo y
sedimen
tos
Metales
(Pb, Cd,
Zn, Cu,
Se, Ni)
con
adición de
EDA para
increment
ar la
disponibili
dad del
Pb.
Hiperacumulación Girasoles,
Cebadas,
Lúpulo,
Ortiga,
Diente de
León.
Fitoextracción
(Schonoor, 1997)
Fito extracción de metales pesados
Relación metal-planta
Todas las plantas absorben metales del suelo donde se encuentran pero en
distinto grado, dependiendo de la especie vegetal, y de las
características y contenido en metales del suelo. Las plantas pueden
adoptar distintas estrategias frente a la presencia de metales en su
entorno (Baker, 1981; Barceló et al., 2003). Unas basan su resistencia
a los metales con la estrategia de una eficiente exclusión del metal,
restringiendo su transporte a la parte aérea. Otras prefieren acumular
el metal en la parte aérea en una forma no tóxica para la planta. La
exclusión es más característica de especies sensibles y tolerantes a
los metales, mientras que la acumulación es más común de especies
que aparecen siempre en suelos contaminados o metalíferos. Algunos
metales como el Ni por ejemplo, que puede llegar a ser menos
adsorbido en suelos, puede ser fácilmente adsorbido por las plantas y
ser ligeramente tóxico para las mismas, siendo un elemento móvil en
los tejidos de las plantas, se acumulan preferiblemente en las hojas y
en las semillas ,Algunos cultivos como el de maíz, cuando crece en
un suelo de típicamente arcilloso, tienen una capacidad asimilativa
más alta que para el límite de absorción de Cd, Ni, Pb y de Cu que en
otros suelos y que marcan la diferencia también con otros cultivos.
Algunas de las características que influencian la biodisponibilidad del
Ni a las plantas, incluyen el pH, y el contenido de la materia orgánica,
de arcilla y de óxidos hidróxidos.
Fitoextracción en suelos contaminados
Las técnicas utilizadas para la fitorremediación de metales incluyen:
1) Fitoextracción (el uso de plantas para remover metales desde
el suelo, transportarlos y concentrarlos como biomasa en la
parte superficial del terreno)
2) Fitoestabilización (el uso de plantas para minimizar la movilidad
del metal en el suelo contaminado por medio de la acumulación
en las raíces o precipitación dentro de la rizósfera)
3) Fitovolatilización (el uso de plantas para desviar a las especies
químicas de metales volátiles en el suelo)
La fitoextracciòn parece ser la técnica más prometedora y ha recibido una
creciente atención a partir del momento en que las investigaciones fueron
propuestas por Chaney (1983) como una tecnología para la recuperación de
metales en los suelos contaminados. Confía en el uso las plantas para
extraer y traslocar metales a sus partes cosechables. El objetivo de la
fitoextracción es reducir la concentración de metales en suelos
contaminados, para regular los niveles de estos en el interior de la planta en
un tiempo razonablemente marcado.
3.4.3 Rizofiltración:
Utiliza las plantas para eliminar del medio hídrico contaminantes a
través de la raíz (Dushenkov et al., 1995). En la rizofiltración estas
plantas se cultivan de manera hidropónica. Cuando el sistema
radicular está bien desarrollado, las plantas se introducen en el agua
contaminada con metales, en donde las raíces los absorben y
acumulan. Aunque la rizofiltración es una técnica parecida a la
fitoextracción en esta las plantas que se utilizan para descontaminar
se cultivan en invernaderos con las raíces sumergidas en agua, en
vez de en tierra.
Cuando el sistema radicular de la planta está bien desarrollado se
recoge el agua contaminada del emplazamiento a restaurar, se
transporta hasta el lugar de crecimiento de las plantas (invernadero) y
se colocan las plantas en esa agua.
Las raíces van a absorber los contaminantes del agua. A medida que
las raíces se van saturando en agua se van cortando y eliminando.
(Dushenkov et al., 1995).
Por ejemplo se utilizaron semillas de girasol para descontaminar
residuos radiactivos en una laguna en un experimento piloto en
Chernobyl (Ucrania).
Además de extraer metales del agua esta técnica puede ser utilizada
para eliminar residuos industriales, escorrentía de tierras agrícolas,
drenaje de minas de ácidos y contaminantes radiactivos.
Tratamiento de contaminantes orgánicos
Los contaminantes orgánicos están presentes en gran cantidad de
emplazamientos contaminados.
Existen varias técnicas de fitocorrección para tratar estos
contaminantes, entre las que se encuentran:
- Fitodegradación
- Biodegradación mejorada de la rizosfera
- Bombeo orgánico
- Fitovolatilización
Tabla 3
Medio Contaminantes Mecanismo Plantas típicas
Aguas
Subterránea
, agua
residual y
aguas de
las lagunas
de
tratamientos
y
humedades
Orgánicos e
inorgánicos
Metales , Radio
núcleos
Orgánicos
Hidrofóbicos
Uso de raíces
para absorber
y adsorber
contaminante
s
del agua
Plantas
acuáticas
emergentes
( junco , anea o
espadaña ,
maleza)
Acuáticas
sumergibles
( Pluma de
papagayo ,
hidrilla)
Rizofiltración3.4.4. Fitodegradación:
Es un proceso por medio del cual las plantas degradan compuestos
orgánicos. Los compuestos son absorbidos y metabolizados. Muy
frecuentemente los metabolitos que producen tienen actividad de
fitohormonas (aceleran el crecimiento de las plantas). Se han
encontrado plantas que degradan residuos de explosivos, disolventes
clorados como el TCE, herbicidas, etc.
Las plantas también favorecen la degradación microbiológica en la
rizósfera. La flora microbiana del suelo es más abundante en las
cercanías de las raíces, por lo que los procesos similares a la
biodegradación tienen lugar a una velocidad mayor que en el resto del
suelo, sin necesidad de estimular artificialmente la actividad
microbiana.
(Singh y Jain, 2003).
Ejemplos:
Biodegradación intensificada de la rizosfera
Este proceso se produce en la parte de la tierra del emplazamiento
que rodea las raíces de las plantas (rizosfera). Los microorganismos
presentes en el emplazamiento consumen y digieren sustancias
orgánicas de las que obtienen energía. Algunas de estas sustancias
pueden ser combustibles o solventes.
Las sustancias naturales liberadas al medio por las raíces de las
plantas (azúcar, alcohol y ácidos) contienen carbono orgánico, del
cual se alimentan los microorganismos del suelo. Los nutrientes
adicionales aumentan la actividad de los microorganismos,
acelerando el proceso de descontaminación. Las plantas también van
a mejorar la biodegradación porque aflojan la tierra y transportan agua
al sitio contaminado.
Bombeo orgánico Bombeo orgánico mediante las raíces de los
árboles
Cuando las raíces de los árboles profundizan hacia el nivel freática
forman una densa masa de raíces que puede absorber gran cantidad
de agua. Un excelente árbol es el álamo (Populus alba) que observe
del orden de 113 litros agua/día existiendo una variedad del mismo
(Populus deltoides) que puede absober hasta 1.325 l/día.
La acción de bombeo de las raíces disminuye la tendencia de los
contaminantes superficiales a descender hacia el agua subterránea.
En zonas agrícolas los álamos plantados a lo largo de los cursos de
agua reducen el excedente de fertilizantes y herbicidas que pudieran
dirigirse a los cursos de agua o al agua subterránea. Por otro lado, los
árboles plantados en vertederos ejercen de sustitutos orgánicos de la
tradicional capa de arcilla o de plástico al absorber agua de lluvia que,
de otro modo, se podría filtrar por el vertedero en forma de lixiviado
contaminado.
Mecanismo Contaminantes
Volatilización a
través de la hojas
Orgánicos e
inorgánicos
Tabla 4
Fitodegradación
(Ghosh y Singh, 2005)
3.4.5. Fitoinmovilización:
Provoca la sujeción y reducción de la biodisponibilidad de los
contaminantes mediante la producción de compuestos químicos en la
interfaz suelo-raíz, los que inactivan las substancias tóxicas, ya sea
por procesos de absorción, adsorción o precipitación.
(Carpena y Bernal, 2007).
Medio Contaminantes Mecanismos Plantas Típicas
Suelos ,
Sedimento
s ,
Terrenos
donde se
descarga
agua
residual
Inorgánico
s
Hiperacumulació
n
Liberador
es
Fenólicos
( mora ,
manzana ,
naranja )
Pastos
con raíz
fibrosa
3.4.6. Fitovolatilización
Se produce a medida que los árboles y otras plantas en crecimiento
absorben agua junto con contaminantes orgánicos. Algunos de los
contaminantes pueden llegar hasta las hojas y evaporarse o
volatilizarse en la atmósfera. Los álamos, por ejemplo, volatilizan el
90% del TCE que absorben.
(Prasad y Freitas, 2003).
Tabla 6
Medio Contaminantes Mecanismo Plantas típicas
Agua Tricloroetano
Tricloroetileno
Orgánicos e
inorgánicos
Volatilización a
través de las
hojas
Variedades de
Álamo.
Fitovolatilización
(Carpena y Bernal, 2007).
CONCLUSIONES
La información planteada muestra que la interacción planta-microorganismos
rizosféricos necesita considerarse para incrementar el éxito de las
alternativas biológicas que utilicen plantas en la recuperación de suelos
contaminados con EPTs. A diferencia de las alternativas biológicas utilizando
plantas para la limpieza de aguas y de suelos contaminados con sustancias
orgánicas, la recuperación de suelos contaminados con EPTs considerando
los microorganismos simbióticos de la rizosfera es claramente un campo
nuevo, presenta un enorme potencial de uso, pero requiere de mayor
investigación. La utilidad de los microorganismos rizosféricos dependerá
básicamente del nivel de contaminación, del tipo de contaminante del suelo y
de los objetivos establecidos para la recuperación. Es
necesario proponer nuevos métodos adecuados para remediar los suelos
contaminados que consideren el manejo de prácticas agronómicas como:
uso de fertilizantes, aplicación de abonos verdes, labranza, compostas y
vermicompostas, que favorezcan y aceleren la recuperación de áreas
contaminadas. Para lograr esto, se requiere del entendimiento de los
factores químicos, físicos y biológicos que afectan las vías de
biotransformación, lo cual exige la participación interdisciplinaria para la
resolución de los problemas complejos involucrados en la biorrecuperación
de suelos contaminados por EPTs (metales pesados).
Referencia Bibliográfica
(Info Región Agencia de prensa Ambiental, Lima, Lunes 13 de junio)
Biorremediación (I): una estrategia para eliminar contaminantes respetuosa
con el medio ambiente
https://oldearth.wordpress.com/microbios-en-accion/biorremediacion-i-una-
estrategia-para-eliminar-contaminantes-respetuosa-con-el-medio-ambiente/
Biorremediación de suelos. Contaminación HAPs
https://quimica-biologia-12-13.wikispaces.com/Biorremediaci
%C3%B3n+de+suelos.+Contaminaci%C3%B3n+HAPs
