La corteza de pino como adsorbente natural de metales pesados en suelos contaminados

Abstract

La contaminación de suelos por metales pesados se está convirtiendo en una preocupación ambiental en las últimas décadas debido al incremento de las actividades industriales y al progreso de la agricultura, que pueden provocar que se eleven sus concentraciones hasta niveles potencialmente fitotóxicos, provocando una pérdida de la calidad del suelo y limitando su uso. Esto también puede afectar a la calidad de las aguas, tanto superficiales como freáticas, ampliando así el impacto sobre el medio natural. Los metales pesados no son biodegradables, y por tanto, su presencia en suelos, ríos y lagos puede facilitar su acumulación en los organismos y, de este modo, llegar a la cadena trófica. Existen diferentes técnicas tradicionales para la eliminación de metales pesados en aguas y suelos, entre las que se encuentran el intercambio iónico, la filtración por membrana, la electrólisis, la coagulación, la flotación y la adsorción. Sin embargo, tienen varias desventajas como su alto coste de operación y la generación de lodos. Entre estos métodos, la adsorción es el más empleado para la retención de metales pesados y otros contaminantes. La bioadsorción es un mecanismo ecológico, sostenible, rápido y económico para tratar de inmovilizar contaminantes. Diferentes tipos de biomasa vegetal se utilizan frecuentemente como bioadsorbentes en suelos y aguas residuales, ya que son fácilmente accesibles en la naturaleza y suele tratarse de residuos o subproductos de la industria agro-alimentaria y forestal, por lo que tienen un bajo coste. Así, su aplicación al suelo para la inmovilización de metales pesados presentaría dos ventajas: en primer lugar, el posible aumento de la capacidad de adsorción de estos metales por los suelos y la consiguiente reducción de su presencia en las aguas de drenaje y, en segundo lugar, se le proporcionaría un valor añadido al residuo. En la actualidad, la producción global de madera alcanza anualmente más de 2.000 millones de m3 , de los cuales entre el 10 y el 22% es corteza. España es el cuarto país europeo con mayor superficie forestal (después de Suecia, Finlandia y Francia), con una extensión forestal del 29% de la superficie total, y con más de 5,2 millones de hectáreas de bosques de coníferas, principalmente pinos (Pinus pinaster, P. radiata, P. pinea, P. sylvestris). La corteza de pino está constituida básicamente por lignina, celulosa y taninos. Se ha demostrado que los residuos agrícolas con un alto contenido en celulosa son eficaces en la retención de metales en disoluciones acuosas, por lo que la corteza de pino podría ser una alternativa a las técnicas tradicionales para la inmovilización de metales pesados en aguas y suelos, dada su condición de bioadsorbente de bajo coste. Esto significaría una manera efectiva de recuperar y reutilizar un residuo de escaso valor económico para solventar un problema ambiental. Los suelos pueden presentar una elevada concentración de metales debido a causas naturales, pero son las causas antrópicas como la minería, la contaminación de industrias próximas, la adición de estiércoles y purines (en suelos de pradería) o la aplicación de fungicidas (como es el caso de los suelos dedicados al cultivo de la vid) las que realmente incrementan de forma significativa los niveles de metales pesados en los suelos por encima de los valores de fondo. En esta Tesis se evaluó la capacidad de la corteza de pino para adsorber cinco metales pesados (Cd, Cu, Ni, Pb y Zn) mediante diversos experimentos (discontinuos tipo batch, continuos en reactor de flujo agitado y en columnas, y en presencia de uno o varios metales simultáneamente). A continuación, se estudiaron los efectos de la aplicación de este adsorbente natural en dos suelos con un alto contenido en cobre. Así, mediante experimentos en macetas, se evaluaron los efectos de la adición de corteza de pino a un suelo de viñedo sobre el desarrollo de una especie forrajera, el Lolium perenne. Adicionalmente, también se comprobaron los efectos sobre el crecimiento de esta planta como consecuencia de la adición combinada de corteza de pino y concha de mejillón. Posteriormente, en un suelo de escombrera de mina de cobre, se estudió el efecto individualizado de la adición de corteza de pino, y de ésta combinada con concha de mejillón, sobre el fraccionamiento y la desorción de los cinco metales antes citados, junto con su influencia en el crecimiento bacteriano y fúngico del suelo. En un estudio complementario, se llevó a cabo el diagnóstico de los niveles de contaminación de metales pesados en suelos forestales (bosques caducifolios) y suelos de pradera en las cercanías de una planta cementera, utilizando como referencia los niveles fondo que esos metales presentaban en la litología de la zona. Este procedimiento de diagnosis de la contaminación debería considerarse como una etapa inicial, para posteriormente evaluar la utilidad del aporte de la corteza de pino en la inmovilización de metales pesados en condiciones de campo. Los materiales de desecho de las minas abandonadas, especialmente en aquellas donde se explotaron diferentes metales pesados, facilitan la contaminación de los suelos adyacentes, debido a la deposición de partículas cargadas de metales que son transportadas por el viento y a la presencia de elevadas concentraciones de éstos en aguas superficiales y freáticas. Todo esto, además, incrementa el riesgo ambiental al que están expuestas las áreas urbanas y agrícolas del entorno de estas antiguas explotaciones. La contaminación de estas zonas por metales pesados es uno de los principales impactos medioambientales, especialmente debido a que se facilita su presencia en forma soluble tanto en las aguas superficiales como subterráneas, pero también porque en estos medios puede ocurrir el transporte de coloides ricos en metales pesados. Por otro lado, en los suelos dedicados al viñedo, se encontraron concentraciones de cobre muy elevadas (en muchas ocasiones superando los 200 mg kg-1 ), consecuencia directa del continuo e intenso tratamiento de las enfermedades fúngicas de la vid con fitosanitarios de base cúprica. Las condiciones climáticas en Galicia (temperaturas suaves y elevada humedad), y la situación de gran parte de los viñedos cerca de los principales ríos (Miño-Sil), provocan que las vides estén expuestas en mayor medida al desarrollo de enfermedades fúngicas. En estos suelos, la contaminación por cobre supone una seria amenaza a su calidad debido a la toxicidad y persistencia en el medio edáfico, pudiendo ocasionar efectos graves sobre las plantas y los microorganismos del suelo. Además de estos suelos, los dedicados a otras actividades del sector primario como los de pradería o los forestales, también pueden ser susceptibles de recibir aportes de metales pesados originados en instalaciones industriales próximas. Un ejemplo es el caso de los suelos del entorno de las plantas cementeras. Por otro lado, la posible existencia de elevados niveles de metales pesados en suelos de praderas puede obedecer a su presencia como impurezas en enmiendas (estiércol, purines, etc.) que se añaden al suelo con la finalidad de satisfacer las necesidades nutricionales de la cobertura vegetal. No obstante, tasas de adición excesivas o inadecuadas de estas enmiendas podrían contribuir a aumentar los niveles de metales, originando la contaminación del suelo y facilitando su posible transferencia hacia aguas superficiales y subterráneas. Las cementeras emiten numerosos contaminantes a la atmósfera durante el proceso de elaboración del cemento, entre los que se encuentran algunos metales pesados. Esto se debe fundamentalmente a la quema de los combustibles fósiles empleados para el calentamiento de los hornos y a la liberación de los metales presentes en las materias primas. En ocasiones, estas instalaciones también emplean combustibles alternativos (biogás, y residuos como neumáticos, plásticos, etc.) como sustitutos o complementos de los tradicionales, lo que también puede contribuir a la emisión de otro tipo de contaminantes (PAHs, PCBs, dioxinas…). El destino de los metales pesados movilizados durante la elaboración del cemento es incorporarse al producto final, ser retenidos en los sistemas de reducción de las emisiones o ser emitidos a la atmósfera. En este último caso, los metales pesados se depositan finalmente a diferentes distancias de la fuente de emisión, donde se acumulan en suelos y vegetación. Así, en un marco europeo en el que cada vez se reclama con mayor insistencia una actividad agrícola sostenible, esta Tesis tratará de evaluar la problemática de la contaminación por metales pesados en suelos con diferente uso, y la posible utilización de un subproducto como la corteza de pino como un bioadsorbente de metales pesados efectivo y de bajo coste.