FACULTAD DE INGENIERI IN GENIERIA A AMBIENTAL AMBIENTAL CURS CURSO: O: Quí uími mica ca Ambi Ambien enta tall
TEMA CONTAMINACIÓN DE SUELOS, TECNICAS DE DESCONTAMINACIÓN, FITORREMEDIACION, BIORREMEDIACIÓN Y COMPOSTAJE DOCENTE: DOCENTE: M.Sc. Flor de Liz Huayllani Huayllani Miranda Miranda
HUANCAYO PERÚ 2015 –
Todo aquel cuyas características físicas, químicas o biológicas han sido alteradas negativamente por la presencia de comp mpo onente tess de car ará áct cter er peligroso de origen humano,, genera un riesgo para la salud humano humana o el medio ambiente, de acuerdo con los estándares de calidad de suelos. Será necesario conocer cuales serán los estándares de contaminación del suelo para declarar, legalmente, un suelo como contaminado.
Vulnerabilidad: Representa el grado de sensibilidad (o debilidad) del suelo frente a la agresión de los agentes contaminantes. Este concepto está relacionado con la capacidad de amortiguación. A mayor capacidad de amortiguación, menor vulnerabilidad. El grado de Vulnerabilidad de un suelo frente a la contaminación depende de la intensidad de afectación, del tiempo que debe transcurrir para que los efectos indeseables se manifiesten en las propiedades físicas y químicas de un suelo y de la velocidad con que se producen los cambios secuenciales en las propiedades de los suelos en respuesta al impacto de los contaminantes.
Un suelo contaminado es aquel que ha superado su capacidad de amortiguación y como consecuencia, pasa de actuar como un sistema protector a ser causa de problemas para el agua, la atmósfera, y los organismos.
Al mismo tiempo se modifican sus equilibrios biogeoquímicos …y originan modificaciones importantes en las propiedades físicas, químicas y biológicas del suelo
La presencia de metales como contaminantes pueden producir a las plantas diferentes alteraciones, tales como:
METAL
EFECTOS
ALUMINIO
Inhibición de la división celular, alteración de la membrana celular y de las funciones a nivel citoplásmico.
ARSÉNICO
Reducción del crecimiento y alteración de la concentración de Ca, K, P y Mn en la planta.
CADMIO
Inhibición de la fotosíntesis y la transpiración. Inhibición de la síntesis de clorofila. Modificación de las concentraciones de Mn, Ca y K.
COBRE
Desbalance iónico, alteración de la permeabilidad de la membrana celular, reducción del crecimiento e inhibición de la fotosíntesis.
CROMO
Degradación de la estructura del cloroplasto, inhibición de la fotosíntesis. Alteración de las concentraciones de Fe, K, Ca y Mg.
MERCURIO
Alteración de la fotosíntesis, inhibición del crecimiento, alteración en la captación de K.
PLOMO
Inhibición del crecimiento, de la fotosíntesis y de la acción enzimática.
ZINC
Alteración en la permeabilidad de la membrana celular, inhibición de la fotosíntesis, alteración en las concentraciones de Cu, Fe y Mg.
Hoy en día la cantidad y variedad de productos potencialmente contaminantes de un suelo es prácticamente inabarcable, por lo que a continuación se indicaran los grupos más característicos y peligrosos de contaminantes químicos. LOS METALES Los metales se encuentran de forma natural como constituyentes del terreno en muy pequeñas cantidades (cantidades traza), como consecuencia de la propia geoquímica de los materiales de los que proceden. Se consideran contaminantes cuando superan las cantidades naturales en el suelo.
Los contaminantes inorgánicos presentes en los suelos de forma natural se encuentran en concentraciones regulados por los ciclos biológicos del propio suelo. La sobresaturación de algunos de ellos hace que se alcancen concentraciones consideradas como contaminantes.
Los contaminantes orgánicos constituyen un grupo formado por un elevadísimo número de sustancias, en su mayoría producidas por el hombre, muchas de ellas altamente tóxicas. Ejemplo: PLAGUICIDAS: Son sustancias o compuestos químicos que sirven para combatir los parásitos de los cultivos, del ganado, de los animales domésticos, del hombre y su ambiente. De acuerdo con su naturaleza química podemos clasificarlos en seis grupos:
Técnicas Descontaminación de suelos
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FITORREMEDIACION
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FITOREMEDIACION Uso de la capacidad de algunas plantas para acumular los tóxicos que contaminan el suelo y las aguas El término fitorremediación es asociado con el uso potencial de especies hiperacumuladoras
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PLANTAS HIPERACUMULADORAS Nombre científico
Nombre común
Brassica juncea
Mostaza parda, mostaza india Medicago lfalfa sativa
Porte
Herbácea
Zona Biogeográfica
hábitat
metales
húmedos y soleados sin heladas
Suelo (hidroponía), substrato acuoso
Cd, Ag, no Pb, Cr, Ni, Zn, Cu, Fe
Herbácea Varios ambientes, no tolera saturación
Substrato acuoso
sociación
Si (bacteria)
g
Cannabis Cañamo, Herbácea Ubicua, sin sativa marihuana heladas Zea mays Maiz rbustiva mplia distribución, no saturación
Suelo
Cd, Ni, Cr No
Suelo (hidroponía), suelo
Pb
Glycine max Heliantus annus Nicotiana tabacum rundo donax
Stress, EDTA, EDDS
Soya
Herbácea
Tropicales,
Suelo
Pb
Girasol
Herbácea
Suelo
Tabaco
Herbácea
Ubicuo, sin heladas Tropical
Zn, Cd, Cr, No/Si Ni, Pb; Fe (EDTA) Cd, Pb, No/Si Cu, Zn (EDTA) Hg, Cd, Cu No
Caña brava rbustiva TropicalTemplado
Suelo Suelos anegados
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No/si
TIPOS DE FITORREMEDIACION Tipo
Proceso Involucrado
Contaminación Tratada
Fitoextracción
Las plantas se usan para concentrar metales en las Cadmio, cobalto, cromo, niquel, mercurio, plomo, partes cosechables (principalmente, la parte aérea) plomo selenio, zinc
Rizofiltración
Las raíces de las plantas se usan para absorber, Cadmio, cobalto, cromo, niquel, mercurio, plomo, precipitar y concentrar metales pesados a partir de plomo selenio, zinc isótopos radioactivos, efluentes líquidos contaminados y degradar compuestos fenólicos compuestos orgánicos
Fitoestabilización
Las plantas tolerantes a metales se usan para reducir la Lagunas de deshecho de yacimientos mineros. movilidad de los mismos y evitar el pasaje a napas Propuesto para fenólicos y compuestos clorados. subterráneas o al aire.
Fitoestimulación
Se usan los exudados radiculares para promover el Hidrocarburos derivados del petróleo desarrollo de microorganismos degradativos poliaromáticos, benceno, tolueno, atrazina, etc (bacterias y hongos)
Fitovolatilización
Las plantas captan y modifican metales pesados o Mercurio, selenio y solventes compuestos orgánicos y los liberan a la atmósfera con (tetraclorometano y triclorometano) la transpiración.
Fitodegradación
Las plantas acuáticas y terrestres captan, almacenan y Municiones (TNT, DNT, RDX, nitrobenceno, degradan compuestos orgánicos para dar nitrotolueno), atrazina, solventes clorados, DDT, subproductos menos tóxicos o no tóxicos. pesticidas fosfatados, fenoles y nitrilos, etc.
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y
clorados
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El
girasol
(Heliantus a n u u s ) es
capaz de absorber en grandes cantidades el uranio depositado en el suelo A r a b i d o p s i s t h a li a n a, una pequeña hierba
que es capaz de hiperacumular cobre y zinc. Amaranthus r e t r o f l e x u s ha
mostrado ser 40 veces más efectiva que sus competidoras en absorber el amenazador cesio-137
Pteris vittata , un helecho que ha
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demostrado recientemente ser capaz de absorber el peligroso arsénico, siendo capaz de concentrarlo hasta 200 veces respecto al suelo de donde
TIPOS DE FITORREMEDIACIÓN, en donde se indica la zona de la planta en donde ocurre el proceso.
Microorganismos degradadores de toxinas
Toxina
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Tipos de fitorremediación
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1 9 / 0 6 / 2 0 1 5 PARA TOLERAR PLANTAS CON CAPACIDAD
HIDROCARBUROS DE PETROLEO
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PLANTAS CON POTENCIAL PARA REDUCIR LA CONCENTRACION DE HIDROCARBUROS EN LOS SUELOS
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APLICACIONES DE LA FITOREMEDIACION AGUAS
SUELOS FITOESTABILIZACION
RIZOFILTRACION
FITOINMOBILIZACION
BARRERAS HIDRAULICAS
FITOEXTRACCION
CUBIERTAS VEGETATIVAS
FITOVOLATILIZACION FITODEGRADACION
HUMEDALES ARTIFICIALES
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PRODUCTOS QUE PUEDEN SER TRATADOS CON FITOREMEDIACIÓN Productos inorganicos Metales tóxicos radionucleidos
Productos orgánicos Solventes clorados Explosivos Hidrocarburos de petróleo pesticidas 36
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BIOREMEDIACION Definición: La destrucción o transformación de un contaminante por los microorganismos a formas del contaminante menos dañinas para remediar un sitio o efluente contaminado ¿Como es que los Microorganismos Remedian Compuestos Inorgánicos? •
•
A) Biotransformación .-Reductiva a Productos Finales Benignos: Bioconversión de contaminantes inorgánicos a compuestos no dañinos y benignos al medio ambiente Desnitrificación: NO3- + etanol N2 + CO2 Respiración Perclorato: ClO4- + etanol Cl- + CO2 →
→
B) Biomineralización: Biotransformación que resulta en la formación de un ligando que precipita los contaminantes inorgánicos dentro de un mineral insoluble Reducción de Sulfato para Precipitar el Cobre: Cu2+[aq] + SO42- + etanol CuS[s +38CO2 →
BIORREMEDIACION Como es que los Microorganismos Remedian Compuestos Inorgánicos C) Precipitación Reductiva: Reducción de la valencia mas alta soluble Reducción de uranio hexavalente a uranito tetravalente: UO22+ [aq] + etanol
UO2[s] + CO2
→
Reducción de cromato hexavalente a cromo trivalente: CrO42-[aq] + etanol → Cr 2O3⋅H2O[s] + CO2
D) Precipitación por oxidación: Oxidación del metal/metaloide soluble de valencia mas baja a un producto insoluble (o menos móvil) de valencia mas alta
Oxidación de hierro ferroso a hierro férrico trivalente (ferrihidrita): Fe2+ [aq] + O2 + H2O → Fe3+2O3·0.5(H2O) [s]
Oxidación de sulfuro a azufre elemental: S2-[aq] + O2 → S0[s]
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BIOREMEDIACION Como es que los Microorganismos Remedian Compuestos Inorgánicos E) Biosorción: Sorción de metales pesados y/o radionúclidos a labiomasa independiente del metabolismo.
Adsorción de plomo O cadmio Algas marinas
Fungi (Rhizopus) por Pb, Cd, Cu, Zn etc.
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BIOREMEDIACION ¿Como es que los Microorganismos Remedian Compuestos Inorgánicos? F) Bioacumulación: Consumo de metales (u otros inorgánicos) dependiente de energía. Una vez adentro de la célula, los metales pueden ser secuestrados o separados por grupos cysteynes o son compartamentalizados en vacuolas de hongos
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BIOREMEDIACION ¿Como es que los Microorganismos Remedian Compuestos Inorgánicos? G) Volatilización: Remoción de metales del suelo, sedimento o agua mediante la producción de especies volátiles
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COMPOSTAJE Definición: descomposición de materiales biodegradables, normalmente mezclas de compuestos orgánicos, para la estabilización de residuos orgánicos en el suelo. Esta degradación se debe a una intensa actividad microbiana.
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Proceso de compostaje Oxidacion biologica de residuos organicos en condiciones controladas de humedad,temperatura y aireacion,realizado por microorganismos.
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El producto final de este proceso se conoce como compost y puede ser utilizado como enmienda orgánica en el suelo, con el objeto de mejorar sus propiedades físicas, químicas y biológicas tales como aireación, retención de humedad, estructura entre otras, suprimir patógenos y de este modo mejorar el crecimiento de las plantas
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Aspectos del proceso de compostaje ASPECTOS FISICOS Y QUIMICOS : Temperatura: parámetros de control de la actividad microbiana. En función de la temperatura existen las siguientes fases: Fase mesofila. Fase termofila. Fase de enfriamiento. Fase de maduracion.
En la fase final la temperatura disminuye hasta que se agota el sustrato obteniéndose: •Reducción de la biomasa(95%) •Disminución del CH 4 • Aumento de N2O. 49
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Composición química
Rangos
Humedad Nitrógeno, como N2 Fosforo como P2O5 Potasio como K2O Relación C/N Ácidos Numídicos pH Carbono orgánico Calcio Magnesio Sodio Cobre Hierro Manganeso
40-45 % 1.5-2 % 2 -2.5 % 1-1.5 % 10-11 2.5-3 % 6.8-7.2 14-30 % 2-8 % 1-.2.5 % 0.02 % 0.05 % 0.02 % 0.06 % 51
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