Curso de Biorremediación Cap iv sección 4.4

CAP. IV SECCIÓN 4.4
FITORREMEDIACIÓN
2/7/2017 Curso de Biorremediación 1
CURSO DE BIORREMEDIACIÓN

Fitorremediación
(Belimov A.A. et al.
2005).

Procesos de fitorremediación
TIPO PROCESO INVOLUCRADO CONTAMINACIÓN TRATADA
Fitoextracción Concentración de contaminantes en la
parte aérea de la planta
Aguas contaminadas con Cd, Ni, Co,
Cr, Hg, Pb, Se, Zn, etc.
Rizofiltración Absorción radicular, concentración y
precipitación de contaminantes de
efluentes líquidos.
Aguas contaminadas con Cd, Ni, Co,
Cr, Hg, Pb, Se, Zn, isótopos
radioactivos y compuestos fenólicos
Fitoestabilización Reducción de la movilidad de los
contaminantes por plantas tolerantes.
Lagunas de desechos mineros, aguas
residuales, con compuestos fenólicos
y clorados
Fitoestimulación Estimulación del crecimiento microbiano
con exudados radiculares
Hidrocarburos y derivados, HAPs,
benceno, tolueno, atrazina, aguas
residuales agropecuarias.
Fitovolatilización Captación y modificación de
contaminantes y su liberación a la
atmósfera por transpiración
Aguas residuales agropecuarias,
solventes clorados Hg, Se.
Fitodegradación Captación, almacenamiento y degradación
de contaminantes y generación de
metabolitos menos tóxicos.
Aguas residuales agropecuarias,
explosivos, residuos clorados,
pesticidas, fosfatos, nitritos

Factores que influyen en la
fitorremediación
Sauquillo et al., (2003),

Plantas que
procesan
metales
pesados

Plantas empleadas en
fitorremediación
Especie vegetal Nombre común Contaminante
Salix exigua Especie de Sauce Atrazinas y metacloro
Myriophyllum aquaticum Cola de zorro acuática 2,4,6-trinitrotolueno
Juncus effusus Junco de esteras Atrazinas y λ cihalotrim
Ludwigia peploides Enramada de las tarariras Atrazinas y λ cihalotrim
Salix babylonica L. Sauce llorón Metil-ter butyl-éter
Lolium perenne L. Césped inglés Pentaclorofenol
Raphanus sativus Rábano Pentaclorofenol
Pisun sativus Arveja Ácido 2,4-diclorofenoxiacético
Cichorium intybus Achicoria común 1,1,1-tricloro-2,2-bis-(4-
clorofeniletano)
Brassica juncea Mostaza castaña 1,1,1-tricloro-2,2-bis-(4-
clorofeniletano).
Hiperacumulador de metales
pesados

fitorremediación
Lupinus arboreus Lupino amarillo Soventes orgánicos, tolueno
Oryza sativa L. Arroz Metolacloro
Cyperus aggregatus, C. conglomeratus Cyperus Petróleo e hidrocarburos
Bracharia brizantha Brizanta Petróleo
Tabaco Tabaco 2,3-dihidroxifenil (2,3 DHB)
Zea mays Maiz Herbicidas
Nicotiana tabacum Hierba santa Herbicidas
Agropyrum cristatum Agropyrum Fenilciclohexilpiperidina PCP y
Polihidroxialcanoatos PAH
Alyssum spp Broqueletes blanquecinos Acumula Ni
Amaranthus retroflexus Amaranto Acumula 137Cs
Armoracea rustica Rábano picante Metales mesados
Armería maritima Clavelina de mar Acumula Pb
Asthenatherum forsskalii Centropodia Hidrocarburos de petróleo
Atriplex prostrata Acelga falsa, armuelle, armuelle silvestre Elimina sal delsuelo
Azolla pinnata Helecho mosquito, helecho de pato,
helecho de agua
Acumula: Pb, Cu, Cd, Fe
Brassica canola Nabo forrajero 137Cs, del suelo
Cannabis sativa Marihuana Hiperacumulador de metales pesados
Cardamonopsis hallerii Arabidopis Hiperacumulador de metales pesados
Ceratophyllum demersum Cola de zorro Acumulador de metales, TNT.

fitorremediación
Eucalyptus spp. Eucalipto Na y As
Eichornia crasssipes Jacinto de agua común Acumula: Pb, Cu, Cd, Fe
Helianthus annuus Girasol Acumula Pb, U, 137Cs, 90Sr.
Hydrocotyle umbellata ------- Acumula: Pb, Cu, Cd, Fe
Kochia scoparia Morenita, alfalfa criolla, alfalfa de los
pobres, yuyo volador
137Cs, y otros radionuclidos
Lemna minor Lenteja de agua Acumula: Pb, Cu, Cd, Fe
Myriophyllum spicatum Filigrana mayor, fontanera, milenrama TNT
Phaseolus acutyfolius Frijol tépari Acumula 137Cs
Thlaspi spp. --------- Acumula Zn, Cd y Pb
Vicia faba Haba Hidrocaburos de petróleo
Yucca spp. Yucca TNT y RDX
Colocasia esculenta Malanga, bituca, oreja de burro Hf, P, PO4, pesticias, herbicidas,
eliminación de NH4, NO3, Cd
Petiveria alliacea Anamu Cr
Vetiveria zizanioides Vetiver Reducción de NH4, NO3, P, DBO, DQO
Heliconia psitacorum Heliconia Eliminación del DBO, DQO, SST,
Amonio, fosfatos, nitratos, Cd, Cr, Pb,
Hg
Gynerium sagitattum Gynerium DBO, DQO, NH4, NO3, Cr (VI), Cd, Cr, Pb,
Hg

Plantas empleadas

Fitorremediación de residuos
mineros
(Kadlec et al., 2000; Witthar, 1993;)
(Witthar,
1993).

Fitorremediación de aguas
residuales

BIOFILTROS DE LECHO
SUMERGIDO
¿Qué son?

¿COMO TRABAJAN?
Submerged Bed Systems (SBS)

¿Cómo trabajan?

Remoción de sólidos

Tratamiento biológico

Las plantas
absorben
materiales por sus
raíces y los utilizan
para el crecimiento
y almacenamiento
en raíces, tallos,
hojas).

Mecanismos de tratamiento

Procesos en la planta

Tratamiento biológico

Tratamiento biológico BLS

Deshidratación de lodos
orgánicos

Tipos de humedales
Vymazal et al., (1998);

Humedales artificiales de
flujo superficial libre
(Kadlec y Wallace, 2009).

Humedales artificiales de
flujo superficial libre

Humedales de flujo
horizontal subsuperficial
(USEPA, 1988; Crites
et al, 2006; Akratos y Tsihrintzis, 2007)

Humedales de flujo
horizontal subsuperficial

Humedales de flujo vertical
subsuperficial
(Cooper, 1999).

Humedales de flujo vertical
subsuperficial

Humedales híbridos (HH)
(Vymazal, 2011),

Humedales de tratamiento
flotante
(Van de Moortel et al., 2010).
(Tanner y Headley,
2011).
(Headley y Tanner, 2012)
(Van de Moortel et al., 2010)
(De Stefani et
al., 2011), (Hubbard, 2010)
(Zhao et al, 2012)

Humedales de tratamiento
flotante

¿Cómo se construyen?

¿Cuánto tiempo duran?

¿Qué ventajas presenta?

¿Qué ventajas presentan?

Humedales de flujo
horizontal libre
Cálculo del área superficial
ln [(Co - C*)/C i- C*)] = -kA/q (Ec.1)

Diseño de humedales
q = Q/A (Ec.2)
A = Q ln [(Ci - C*)/Co - C*)] / kA (Ec.3)
kA = k20 Θ(T-20) (Ec.4)

𝑨𝑺 =
𝑸∗𝑳𝑵
𝑪𝒐
𝑪
𝑲𝑻∗𝒉∗𝜼
(Ec.5)

KT = 1,104*1,06 T2-20 (Ec.6)

Ancho
Ac =
𝑸
(𝑲𝒔∗𝑺)
(Ec.7)

W =
𝑨𝒄
𝒉
(Ec.8)
L =
𝑨𝒔
𝑾
(EC.9)

Materiales empleados en la
construcción de humedales de
flujo horizontal
Tipo de
material
Tamaño efectivo
D10 (mm)
Conductividad
hidráulica, Ks
(m3/m2/d)
Porosidad, n %
Arena gruesa 2 100-1.000 28-32
Arena
gravosa
8 500-5.000 30-35
Grava fina 16 1.000-10.000 35-38
Grava media 32 10.000-50.000 36-40
Roca gruesa 128 50.000-250.000 38-45

Parámetros
de diseño de
un humedal
de flujo
horizontal
Parámetros Unidad Intervalo Valor usual
Tiempo de retención
hidráulico
días 4-15 7
Profundidad del agua m 0.1-0.8 0.6
Área m2/heq 2,5-5
Carga orgánica gDBO5/m3día 3-7,5 <11
Carga orgánica kgDBO5/ heq. día <70
Carga hidráulica m3/m2. día 0,1-0,2
Características constructivas
Grava ingreso salida mm 50-100 50
Grava media mm
3-6
5-10
6-12
19
Coeficiente
uniformidad
3-5 <5
Profundidad del
medio
m 0,70-1,5 0,7
Pendiente % 0-1 0,5
Relación largo ancho 2:1-7:1 3:1
Drenaje
Tubería perforada
tamaño
pulgada 3-4 4
Distribución del agua
Tubería perforada-
canal
pulgada 2-4 3

Humedales sub superficiales
de flujo vertical.

Distribución de los lechos

Humedales sub superficiales de
flujo vertical
Cálculo del área necesaria
𝑷𝒐𝒃𝒍𝒂𝒄𝒊ó𝒏 𝒆𝒒𝒖𝒊𝒗𝒂𝒍𝒆𝒏𝒕𝒆
(𝒉𝒂𝒃)
=
𝑫𝑩𝑶𝟓
𝒎𝒈
𝒍
∗𝑪𝒂𝒖𝒅𝒂𝒍 (
𝒎𝟑
𝒅
)
𝟔𝟎
𝒈𝑫𝑩𝑶𝟓
𝒅í𝒂
∗𝒉𝒂𝒃
(Ec.9)

de flujo vertical
como tratamiento primario
como tratamiento secundario

Humedales sub
superficiales de flujo
vertical
Humedal como tratamiento primario
As =
𝐐
𝐓𝐇𝐀
(Ec.10)
Humedal como tratamiento secundario
Crites y Tchobanoglous, (2000)

de flujo vertical
THA =
𝑻𝑪𝑯
𝑭
(Ec.11)

Humedales sub superficiales de
flujo vertical
Profundidad del humedal
Pendiente
Sustrato

de flujo vertical
H= altura
Ksf = 0,6*Ks (Ec.12)
Qi = As*Ksf*3600 (Ec.13)

de flujo vertical
Qi = As*Ks*3600 (Ec.14)

Características del sustrato para
diseño de humedales verticales
Capa Tratamiento primario Tratamiento secundario
Capa superficial h>30cm grava fina, diámetro
efectivo de 2-10 mm.
h>30cm de arena fina,
diámetro efectivo de 25 a
40mm.
Intermedia h de 10 a 15 cm grava fina diámetro
efectivo 5 a 20 mm.
h 10-20 cm de grava fina,
diámetro efectivo de 3 a 10
mm.
Drenaje h de 10 cm, grava de diámetro
efectivo de 20 a 40 mm.
h de 10 cm, grava de
diámetro efectivo de 20 a
40 mm.

Materiales empleados en el diseño
y construcción de humedales
verticales
Tipo de material Tamaño efectivo D10
(mm)
Conductividad hidráulica, ks
(m3/m2/d)
Arena gruesa 2 100-1.000
Arena gravosa 8 500-5.000
Grava fina 16 1.000-10.000
Grava media 32 10.000-50.000
Roca gruesa 128 50.000-250.000

Parámetros de
diseño de un
humedal de flujo
vertical
Parámetros Unidad Intervalo Valor usual
Medio filtrante
Arena fina lavada
(secundario)
mm 0,25-0,75 0,35
Grava fina (primario) mm 2.00-8,00 2-5 mm
Profundidad cm 45-90 60
Coeficiente de
uniformidad
% 3-6 <4
Porcentaje de finos % 2-5
<4
<4
<4
Drenaje
Tubería perforada
Tamaño
Pendiente
Pulg
%
3-4
O,-1
4
0,5
Grava drenaje mm 20-40 40
Distribución de agua
Diámetro de tubería pulg 1-2 1,5
Distancia entre tuberías m 0,5-1,2 0,6
Orificio distribución mm 3-8 6
Distancia entre orificios m O,5-2 0,6
Parámetros de diseño
Carga hidráulica l/m2*d 40-60
50<0,005
Carga orgánica kgDBO5/m2.d 0,0025- 0,01
Dosificación
Frecuencia Veces/d 4-24 12
Volumen orificio l/orif.*dosis 0,6-1,1 0,9
Tiempo aplicación minutos 2-15 5

¿Cómo se construyen los
lechos?

Corte vertical de un lecho

Con macrófitos
flotantes
Lago San Pablo

Con
macrófitos
sumergidas,
sujetas al suelo

Con macrófitos emergentes

Con macrófitos emergentes
flotantes

Con flujo
vertical
ascendente

Para aguas industriales

En Alemania

Sistemas construidos

Santo Domingo

Tubería de Recolección

Tubería de distribución

Sushufindi, sistema en
funcionamiento

Entrada de aguas residuales

Salida de aguas tratadas

Calidad del tratamiento

En Orangine

En Plantec

En invierno

¿Cuál es su rendimiento?

Tratamiento químico
convencional
Costos:

Tratamiento químico convencional
Operación :

Tratamiento químico
convencional
Rendimiento:

Tratamiento Químico
Costo m3 tratamiento químico
0
5
10
1 2 3 4 5 10 11
Años
Costom3USD
TQ

Tratamiento por PSA
Variación costo USD/ m3
0
1
2
3
4
5
6
1 2 3 4 5 10 11
Años
CostoUSD
SBS

Conclusiones

Diseño paisajístico

¡MUCHAS GRACIAS!

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