DIVULGACIÓN CIENTÍFICA Y TECNOLÓGICA
PLANTAS ÚTILES PARA DESCONTAMINACIÓN DE AGUAS RESIDUALES
Lina Marcela Delgado García
Las actividades humanas están impactando negativa e irreversiblemente el ambiente, generando contaminantes tóxicos como nutrientes, compuestos orgánicos y metales pesados. Las técnicas tradicionalmente usadas para descontaminar son costosas y difíciles de implementar, otras en cambio ofrecen soluciones naturales como la fitorremediación.
Aguas residuales: Problemática mundial
La población mundial crece sin parar, cada vez somos más quienes habitamos el planeta y así mismo crece el uso y aprovechamiento de los recursos, como su impacto sobre el medio ambiente. Para abastecer las necesidades de millones de personas y garantizar su supervivencia y confort se tendrá que incrementar la producción de alimentos, la ganadería, la industria y muchas más actividades extractivas que representan un impacto positivo a nivel económico y social para las comunidades, pero negativo para el medio ambiente.
Entre los aspectos negativos más representativos encontramos las aguas residuales, éstas se pueden definir como los desechos líquidos resultantes de las actividades domésticas, agrícolas, pecuarias, mineras, industriales que son vertidas directamente al cuerpo de agua, muchas veces sin tratamientos previos, como se observa en la figura 1. Estos residuos son una mezcla en su mayoría de materia orgánica, nutrientes, agentes patógenos e inclusive sustancias peligrosas que terminan afectando significativamente la flora y la fauna.
Figura 1. Vertimiento de aguas residuales al río Cauca. Tomado de RCN Radio: https://www.rcnradio.com/colombia/pacifico/cvc-sancionara-interaseo-verter-lixiviados-al-rio-cauca.
Las actividades agropecuarias se han convertido en una de las principales causas de contaminación hídrica; las aguas residuales generadas contienen altas cargas de nitratos, fosfatos, residuos de plaguicidas y fertilizantes sintéticos que no son controladas ni tratadas de manera óptima y eficiente.
Existen algunas tecnologías para la descontaminación de aguas residuales que utilizan procesos físicos y químicos para eliminar las sustancias tóxicas y permitir el reúso. Sin embargo, con el avance de la ciencia han surgido otras alternativas de descontaminación más sostenibles y amigables con el ambiente, es el caso de los tratamientos de tipo biológico. Dentro de estas alternativas encontramos la Fitorremediación, que consiste en el uso de plantas y/o microorganismos asociados para remediar y descontaminar el agua o el suelo. La acción que estos organismos realizan permite remover materia orgánica, metales pesados y hasta agentes patógenos, de manera eficiente, económica y sostenible.
¿Qué es la fitorremediación?
Esta tecnología surge casi al final del siglo XX con el objetivo de recuperar ecosistemas afectados, aprovechando la capacidad de las plantas y microorganismos asociados de absorber nutrientes, metales y otras sustancias tóxicas. En sus inicios, el concepto estaba asociado con la capacidad de algunas especies vegetales herbáceas (como las gramíneas o pastos) para almacenar sustancias en sus tejidos; hoy en día, se conocen diversidad de especies vegetales; acuáticas flotantes, herbáceas, arbustos e incluso árboles que ejercen su acción de diferentes formas; a través de absorción, asimilación, acumulación, degradación, volatilización, entre otros, tanto en el agua, como el suelo y el aire.
Las aguas residuales sobre las cuales la fitorremediación ha sido evaluada con resultados positivos son aquellas aguas provenientes de actividades domésticas, industriales, mineras, agrícolas y pecuarias abarcando su rango de acción desde contaminantes orgánicos como los derivados del petróleo, residuos de plaguicidas agrícolas, productos farmacéuticos; hasta contaminantes inorgánicos como plomo, mercurio, cobre, cromo, cobalto, arsénico, cadmio, e inclusive se ha probado su efectividad sobre residuos radioactivos.
Múltiples estudios y autores han estudiado los mecanismos por los cuales las plantas realizan su actividad descontaminante. En la figura 2, se identifican algunos de ellos. Por ejemplo, se habla de fitoextracción cuando los agentes contaminantes son absorbidos y transportados a la parte aérea de la planta (tallos y hojas) para su almacenamiento.
En el caso de la fitovolatilización las plantas con ayuda de proteínas especializadas pueden degradar y facilitar la evaporación de los agentes contaminantes en las hojas.
Figura 2. Posibles rutas de los agentes contaminantes durante el proceso de fitorremediación. Adaptada de Pilon-Smits, 2005.
La fitodegradación por su parte, consiste en la transformación que realizan las plantas de los agentes contaminantes en sustancias poco ofensivas para el ambiente. La fitoestabilización ocurre cuando se inmovilizan los agentes contaminantes en el suelo, evitando que estos se dispersen.
Por último, por medio de la fitoestimulación las plantas facilitan la degradación de contaminantes con el apoyo de los microorganismos presentes en sus raíces.
¿Cuáles son las ventajas y las desventajas de la fitorremediación?
Esta tecnología ha tenido gran aceptación pública en los últimos años, dado que es considerada como tecnología “verde” o limpia, sin embargo, presenta algunos aspectos positivos y negativos.
Teniendo en cuenta que la fitorremediación emplea plantas para su funcionamiento, puede tomar un poco más de tiempo que las técnicas tradicionales, pero genera pocas emisiones al aire y minimiza el impacto sobre el suelo y el agua. Aunque produce menos residuos secundarios, aun es necesario investigar más sobre los subproductos que se generan en el proceso.
Otro aspecto a tener en cuenta cuando se emplean sistemas de tratamiento con plantas es su rápido crecimiento y acumulación, por tanto, se recomienda retirar ciertos individuos para su aprovechamiento, como abono o producción de energía a partir de biomasa. Se debe resaltar que algunas de las especies empleadas como el buchón de agua (Eichhornia crassipes), las heliconias (Heliconia sp), el pasto vetiver (Chrysopogon zizanioides), las ninfas de agua (Nymphaea sp).; tienen usos alternos como ornamento, fibras, barreras vivas.
Tal vez uno de los principales beneficios es que el agua después de tratada con estos sistemas puede ser usada con fines de riego de cultivos o zonas verdes, labores domésticas, acuicultura entre otras aplicaciones.
¿Cuáles son algunas de las plantas usadas en fitorremediación?
Es importante recordar que el uso de plantas- acuáticas especialmente- para la depuración de aguas contaminadas, surge en un intento de imitar lo que ocurre de manera natural en el ambiente. En ecosistemas como los humedales naturales las plantas acuáticas o macrófitas que allí habitan tienen la capacidad de depurar la carga contaminante presente. De ahí que las especies vegetales que hoy se utilizan en los sistemas de tratamiento son nativas o propias de estos ecosistemas.
Las plantas conocidas como fitorremediadoras pueden clasificarse como plantas flotantes, emergentes o sumergidas.
Las plantas flotantes son aquellas que tienen sus raíces debajo del agua y sus hojas y tallos flotan sobre la superficie, el ejemplo más conocido de este tipo es el buchón o jacinto de agua (E. crassipes), pero también encontramos la lechuga (Pistia stratiotes), la lenteja (Lemna minor) y el helecho de agua (Azolla sp.).
Las plantas emergentes crecen sobre suelos saturados con agua o con sus raíces sobre un sustrato para su crecimiento. Entre ellas tenemos el papiro (Cyperus papirus), las heliconias (Heliconia sp.), la caña brava (Gynerium sagittatum), la tifa (Typha sp.), el bore (Colocasia esculenta), entre otras.
Finalmente, las menos comunes, las plantas sumergidas que crecen totalmente inmersas en la fuente de agua, en la zona en la que llega la luz solar, como algunos helechos y musgos.
En la figura 3, podemos identificar algunas de las plantas comúnmente empleadas en fitorremediación, sus nombres científicos y vulgares.
Figura 3. Especies vegetales con potencial fitorremediador comúnmente empleadas. Elaboración propia. Imágenes tomadas de freepik.es y pixabay.com
El uso de especies de plantas en procesos de descontaminación de aguas ha sido empleado en diferentes formas y sistemas, uno de los más reconocidos y ampliamente usado es el Humedal Artificial.
Los humedales naturales son ecosistemas “anfibios” definidos como áreas de tierra cubiertas por agua, de manera permanente o temporal y que albergan gran diversidad de flora, fauna y microorganismos; considerados además como modelo de depuración natural. Por esto, los investigadores han intentado recrearlo de manera artificial, los humedales artificiales son sistemas construidos y adaptados por el hombre en los que se busca la acción descontaminante de aguas residuales a través de la interacción de los procesos físicos, químicos y biológicos que se dan entre el agua, las comunidades vegetales, los sustratos naturales y los microorganismos.
Estos humedales son diseñados y empleados como complemento a los tratamientos primarios y secundarios de agua residuales domésticas, industriales o agropecuarias; pero en comparación con las técnicas convencionales presentan ventajas significativas en términos de costos, manejo y mantenimiento, ya que su implementación es sencilla y económica; lo único que se requiere es una extensión de terreno que permita el establecimiento del humedal. Otro elemento a favor es que pueden ser operados en casi todas las condiciones climáticas, incluyendo zonas altas o templadas.
Algunos autores reportan que el primer experimento registrado empleando plantas flotantes en Colombia fue localizado en el municipio de Rionegro Antioquia en la fábrica Imusa, en donde sembraron jacinto o buchón de agua (E. crassipes) en canales de aguas residuales y comprobaron remoción de contaminantes hasta de 97%.
Sergio Arias, Ferney Betancur, Gonzalo Gómez, Juan Pablo Salazar y Marta Hernández son investigadores del Centro de recursos naturales La Salada del SENA Antioquia, quienes en 2010 evaluaron la efectividad de los humedales artificiales en la disminución de la contaminación de aguas residuales provenientes de actividades porcícolas. Los autores identificaron tres especies nativas, dos de pasto nativo (Brachiaria mutica y Brachiaria arrecta) y una Matandrea (Hedychium montana); y con la ayuda de sustratos como vermiculita y arena lograron remover los contaminantes significativamente. Al cabo de un mes del experimento redujeron parámetros ambientales como la DBO (Demanda Biológica de oxígeno, se utiliza para medir la contaminación, a mayor contaminación mayor valor de DBO), Sólidos totales, el nitrógeno, fósforo y sulfatos, poniendo a prueba la eficiencia de la tecnología.
Conclusiones
A pesar que hoy en día se reconoce la importancia de las plantas, poco se ha hablado acerca de su papel en procesos de limpieza y restauración de ecosistemas degradados y contaminados.
El uso de tecnologías como la fitorremediación es clave para generar una opción eficiente, de bajo costo y amigable con el ambiente especialmente en el tratamiento de aguas contaminadas.
Es necesario estudiar un poco más acerca de potenciales especies nativas que puedan ser utilizadas en estos procesos, así como sus mecanismos de acción y los diferentes contaminantes sobre los que trabajan.
La técnica de humedales artificiales en zonas rurales de nuestro país se presenta como una opción de bajo costo y de fácil implementación.
Referencias recomendadas para ampliar la temática
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Arias Martínez SA, Betancur Toro FM, Gómez Rojas G, Salazar Giraldo JP, Hernández Ángel ML. 2010. Fitorremediación con humedales artificiales para el tratamiento de aguas residuales porcinas. Informador Técnico (Colombia) Vol. 74, p 12 - 22.
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Delgadillo, O., Camacho, A., & Andrade, M. (2010). Depuración de aguas residuales por medio de humedales artificiales. Centro Andino para la Gestión y Uso del Agua (Centro AGUA).
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United States Environmental Protection Agency-EPA, & EPA. (1998). A Citizen’s Guide to Phytorremediation. Environmental Science and Pollution Research. https://doi.org/10.22616/rrd.24.2018.029
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Peña-Salamanca, E. J., Madera-Parra, C. A., Sánchez, J. M., & Medina-Vásquez, J. (2013). Bioprospección de plantas nativas para su uso en procesos de biorremediación: caso Helicona psittacorum (Heliconiacea). Rev. Acad. Colomb. Cienc., 37(145), 469–481. https://doi.org/10.1021/j150508a023
Filiación del autor
Instructora investigadora SENA Centro Agropecuario de Buga. Correo lmdelgado@sena.edu.co