Presentación f cabrera_5_seminario2015
- 1. Utilización de residuos orgánicos compostados para la recuperación de suelos contaminados Francisco Cabrera Capitán Instituto de Recursos Naturales y Agrobiología de Sevilla (IRNAS) Consejo Superior de Investigaciones Científicas (CSIC)
- 2. Residuos orgánicos en la restauración /rehabilitación de suelos degradados y contaminados Capítulo 1. Enmiendas orgánicas para la recuperación ecosostenible de suelos degradados Capítulo 2. Enmiendas orgánicas para la restauración de la fertilidad del suelo Capítulo 3. Enmiendas orgánicas para la recuperación de suelos contaminados por elementos traza Capítulo 4. Enmiendas orgánicas para la recuperación de suelos afectados por la minería Capítulo 5. Enmiendas orgánicas para la recuperación de suelos contaminados por plaguicidas . 2
- 3. El suelo es una mezcla de – Sólidos inorgánicos – Sólidos orgánicos: organismos, raíces, humus – Aire – Agua Composición volumétrica de un suelo mineral F. Cabrera. IRNAS- CSIC 3 3
- 4. La materia orgánica •constituye sólo el 2-6% del peso de la fase sólida •tiene gran influencia en las propiedades de los suelos: • físicas (formación de estructuras, retención de agua, etc.) • químicas (es la principal fuente de S y P y la única de N) • biológicas (es la principal fuente de energía para los organismos del suelo responsables de la actividad bioquímica) F. Cabrera. IRNAS-CSIC 4 4
- 5. La fase sólida orgánica está formada por: – tejidos animales y vegetales parcialmente descompuestos, que están sujetos a una continua descomposición – el humus es el producto más resistente de la descomposición de los tejidos o de los compuestos orgánicos sintetizados por los microorganismos. El humus •tiene generalmente color negro o marrón oscuro •naturaleza coloidal; alta superficie específica; carga eléctrica •capacidad de retención de agua y de nutrientes mucho mayor que la de los componentes sólidos inorgánicos del suelo •su presencia en el suelo aumenta la actividad química, bioquímica y biológica de los suelos 5 5
- 6. En el suelo conviven organismos vivos de muchos tamaños; desde grandes roedores, lombrices, insectos hasta bacterias que determinan la actividad del mismo. El número y el peso de organismos es muy variable – en 1 g de suelo hay entre 105 y 109 bacterias. – En la capa arable (15 cm) de una ha de un suelo pueden encontrarse: • 400-5000 kg de bacterias • 400-5000 kg de actinomicetos • 1000-15000 kg de hongos • 10-500 kg de algas • 20-200 kg de protozoos • 10-150 kg de nematodos • 5-150 kg ácaros • 5-150 kg colémbolos • 100-1500 de lombrices • 10-100 kg de otra microfauna F. Cabrera. IRNAS- CSIC 6 6
- 7. •tiene la capacidad de neutralizar, adsorber/absorber, precipitar, degradar y eliminar la toxicidad de las sustancias que llegan a él. Capacidad buffer. Resiliencia (Capacidad inherente para restaurar los procesos que sustentan la vida en el suelo, a condición de que la perturbación creada, especialmente por las actividades humanas, no sea demasiado drástica, y se deje tiempo suficiente para que estos procesos se restauren por sí mismos). •es un sumidero geoquímico de contaminantes •es un gigantesco sistema de biodegradación, capaz de incorporar gigantesco sistema de biodegradación, capaz de incorporar residuos vegetales y animales hasta hacerlos indistinguibles de él mismo residuos vegetales y animales hasta hacerlos indistinguibles de él mismo. . El suelo debido a su composición: 7 7
- 8. CONTAMINACIÓN DE LOS SUELOS • Aparece cuando se sobrepasa la capacidad buffer del suelo • Un suelo está contaminado cuando contiene un determinado componente, resultado de su exposición a determinada actividad humana, que no tiene otro suelo similar no expuesto a dicha actividad. • La presencia de un contaminante no siempre daña el funcionamiento del suelo 8 8
- 9. Los contaminantes experimentan en el suelos una serie de procesos físicos, químicos y biológicos (biodegradación, transformación química, estabilización, volatilización) que tienden su inmovilización y a la disminución de su toxicidad. La inmovilización no es irreversible Recuperación Natural DESTINO DE LOS CONTAMINANTES EN EL SUELO 9 9
- 10. Movilidad y disponibilidad de los contaminantes en el suelo (1) Los contaminantes pueden encontrarse en el suelo en distintas formas: •en la disolución del suelo •unidos a los minerales del suelo (minerales de la arcilla, óxidos cristalinos y amorfos) •en las estructuras cristalinas de los minerales del suelo •unidos a la materia orgánica, etc Figura 20. Distintas formas en que se encuentran los contaminantes en el suelo. 10 10
- 11. Movilidad y disponibilidad de los contaminantes en el suelo (2) La permanencia de los contaminantes en estas forma depende de pH, fuerza iónica, temperatura, potencial redox, etc) Existe equilibrio (intercambio) entre las formas retenidas en las superficies y las que están en disolución – En disolución son más móviles, susceptibles de emigrar a suelos adyacentes, aguas subterráneas o superficiales, o de ser tomados por los organismos (biodisponibilidad) La contaminación depende de la movilidad/biodisponibilidad La contaminación depende de la movilidad/biodisponibilidad 11 11
- 12. Movilidad y disponibilidad de los contaminantes en el suelo (3) Contaminante biodisponible: aquella fracción de masa total de un componente de un suelo, que puede ser tomada por los organismos. Una sustancia biodisponible para las plantas (fitodisponible), tiene que – estar en contacto con las raíces – ser móvil – estar en una forma accesible La fitodisponibilidad depende de factores – del suelo (pH, potencial redox, textura, materia orgánica, composición mineral, régimen hídrico) – de la propia planta. 12 12
- 13. Movilidad y disponibilidad de los contaminantes en el suelo (4) La fracción biodisponible está constituida fundamentalmente por – las fracciones del elemento soluble – intercambiable (existente en los sitios de intercambio catiónico o aniónico de los componentes del suelo) Figura 21. Secuencia de movilidad y biodisponibilidad de elementos traza en el suelo Cantidad total en el suelo Disolución (H2O) Disolución (H2O) Cambiable Cambiable Carbonatos Carbonatos Óxidos de Fe y Mn Óxidos de Fe y Mn Marteria Orgánica Marteria Orgánica Residual Residual Movilidad, Biodisponibilidad No labil Muy labil Semi-labil (Bio)disponibilidad Secuencia de movilidad/biodisponibilidad Cantidad total en el suelo Disolución (H2O) Disolución (H2O) Cambiable Cambiable Carbonatos Carbonatos Óxidos de Fe y Mn Óxidos de Fe y Mn Marteria Orgánica Marteria Orgánica Residual Residual Movilidad, Biodisponibilidad No labil Muy labil Semi-labil No labil Muy labil Semi-labil (Bio)disponibilidad Secuencia de movilidad/biodisponibilidad 13 13
- 14. RECUPERACIÓN DE SUELOS CONTAMINADOS •Proceso por el cual se eliminan los contaminantes de un medio (o se reduce la toxicidad de los mismos) mediante métodos químicos, físicos o biológicos. Métodos clásicos de recuperación de suelos contaminados 1. Remoción y traslado a vertedero 2. Aislamiento. Cubrimiento 3. Mezclando de la capa superficial contaminada con las más profundas (Dilución) 4. Recuperación agrícola: aplicación de enmiendas (caliza, fosfatos, materia orgánica) 14 14
- 15. Clasificación según la técnica Aislamiento • Cubrimiento • Barrera superficiales Inmovilización • Solidificación/estabilización • Vitrificación Extracción • Lavado • Extracción pirometalúrgica • Lixiviado in situ • Tratamiento electrocinético Reducción de la movilidad y toxicidad •Tratamientos químicos •Tratamientos biológicos (Biorrecuperación) – Bioacumulación – Fitorrecuperación • Fitoextracción • Fitoestabilización • Rizoestabilización • Fitovolatilización • (Fitodegradación) Separación física 15 15
- 16. Métodos abióticos drásticos caros consumen mucha energía dejan el suelo alterado dejan el suelo alterado Métodos bióticos favorecen los procesos de autorrecuperación dejan el suelo dejan el suelo biológicamente activo biológicamente activo lentos Recuperación abiótica vs biótica El objetivo de la recuperación es eliminar eliminar o disminuir disminuir la contaminación y restaurar la calidad restaurar la calidad del suelo 16 16
- 17. 17 17
- 18. Recuperación Natural Asistida • técnica de rehabilitación blanda o de bajo impacto • la incorporación de enmiendas y el establecimiento de plantas • enfoque más natural y respetuoso con el medio natural que otros métodos clásicos de recuperación basados en tratamientos físico-químicos • menos costosa • mucho más apropiada para aplicarla a grandes extensiones de suelos contaminados 18 18
- 19. – Caliza • Efectiva para los elementos traza catónicos. • Aumenta la biodisponibilidad y el lixiviado de los aniónicos (Mo, As, Cr) – Fosfatos • Insolubiliza los contaminantes elementos traza catiónicos. • Desorbe los aniónicos (As) – Óxidos de Fe, Al • Insolubiliza los elementos traza aniónicos (As) Aplicación de la RNA a suelos contaminados con Elementos Traza 19 19
- 20. – Materia orgánica Disminuye la toxicidad (precipitación; complejación) • Estabilización por la fase sólida de la materia orgánica • Adsorción y quelatación por sustancias húmicas. Su eficiencia depende de la relación AH/AF: – Pm AH>5000; Pm AF< 10000 – si AH > AF Precipitación – si AH < AF Aumenta la movilidad (complejos solubles, disolución de precipitados, desorción). • Formación de complejos terciarios “mineral-materia orgánica- elemento traza” • Efecto sobre el pH del suelo • Efecto sobre la calidad del suelo Aplicación de la RNA a suelos contaminados con Elementos Traza 20 20
- 21. Área de Estudio Ejemplo de Recuperación Natural Asistida de un suelo ácido contaminado con elementos traza 21 21
- 22. Área de Estudio Suelo contaminado del accidente de Aznalcóllar al que se le había removido el lodo depositado en superficie, junto con los primeros 10-20 cm de suelo Finca El Vicario, suelo Typic Xerofluvent, franco, ácido, moderadamente contaminado con elementos traza pH 3,86 COT % 0,92 As mg kg-1 211 18,9 Cd mg kg-1 4,4 0,33 Cu mg kg-1 119 30,9 Pb mg kg-1 471 38,2 Zn mg kg-1 381 109 Valores de fondo 22 22
- 23. DO4 DO4 DO4 DO4 DO4 DO4 DO4 DO4 DO4 DO2 DO2 DO2 DO2 DO2 DO2 DO2 DO2 DO2 Diseño experimental CTR, CONTROL EA, ESPUMA DE AZUCARERA CB, COMPOST DE BIOSÓLIDOS LEO+EA, LEONARDITA Y ESPUMA DE AZUCARERA Dosis •EA y CB: 30 Mg ha-1 •LEO+EA : 25 Mg ha-1 + 10 Mg ha-1 20 m 50 m 8 m 7 m Aplicación de enmiendas Primera fase (2002-2005): •dos aplicaciones: DO2, 2002 y 2003 Segunda fase (2005-2007): •en 2005, se dividen las parcelas por la mitad •dos aplicaciones: DO4, 2005-2006 23 23
- 24. Cu-CaCl2, mg kg -1 (0-15 cm) 2002 2003 2004 2005 2006 2007 2008 2009 2010 2011 0 5 10 15 20 25 30 Zn-CaCl2, mg kg -1 (0-15 cm) 2002 2003 2004 2005 2006 2007 2008 2009 2010 2011 0 20 40 60 80 100 120 140 160 Cd-CaCl2, mg kg -1 (0-15 cm) 2002 2003 2004 2005 2006 2007 2008 2009 2010 2011 0,0 0,1 0,2 0,3 0,4 0,5 0,6 0,7 2002 2003 2004 2005 2006 2007 2008 2009 2010 2011 pH 2 3 4 5 6 7 8 Control EA CB LEEA
- 25. pH del suelo en 2011 pH del suelo en 2011 Profundidad(cm) 0-15 15-30 pH 2 3 4 5 6 7 8 NA SL2 SL4 BC2 BC4 LESL2 LESL4 a c bc abc bc ab bc a b ab ab ab ab a ES pH Inicial:3,85±0,35 pH Inicial:4,12±0,22 25 25
- 29. Tratamientos NA SL BC LESl recubrimiento vegetal, % 0 20 40 60 80 100 DO2 DO4 ES SL BC LESL NA •La colonización por especies espontáneas se potenció con las enmiendas •Mayor recubrimiento vegetal en las parcelas enmendadas •No se encontraron differencias significativas entre DO2 and DO4 Vegetación Natural 29 29
- 31. 31 31
- 32. La aplicación de residuos orgánicos compostados • Mejora las propiedades químicas y bioquímicas de los suelos • Disminuye la concentración contaminantes en la disolución del suelo (movilidad/ disponibilidad). • Favorecen la colonización, el establecimiento de espacies vegetales espontáneas y el aumento del recubrimiento vegetal 32 32
- 33. 33 33