PROCEDIMIENTO DE ELIMINACIÓN DE METALES PESADOS PRESENTES EN AGUAS CONTAMINADAS Y DISPOSITIVO PARA LA PUESTA EN PRÁCTICA DE DICHO PROCEDIMIENTO.

Procedimiento de eliminación de metales pesados presentes en aguas contaminadas y dispositivo para la puesta en práctica de dicho procedimiento.

El procedimiento consiste en un método para la eliminación de metales pesados en aguas contaminadas a través de un filtro verde en el que participan organismos vegetales acuáticas y microorganismos. Precisándose una cubeta dimensionada en función del volumen de agua a descontaminar, de origen industrial, residuales urbanas y de origen agroganadero. La descontaminación se produce gracias a un filtro vegetal compuesto por una especie vegetal matriz del genero Typha sp., y una especie acompañante seleccionada entre los géneros Phragmites spp, Iris sp., Sparganium sp., Cyperus spp., Scirpus spp., Typha ssp. y Nelumbo sp;, junto con microorganismos de los grupos hongos Vesiculo-Arbusculares y/o bacteria Raoultella terrígena, previamente inoculados en las raíces de las plantas, que permite la reducción o eliminación de metales pesados. Finalmente el filtro combinado de varias especies de vegetales acuáticos permite una reducción de los parámetros en la calidad del agua final.

OBJETO DE LA INVENCIÓN

La presente invención se refiere a un procedimiento que ha sido especialmente concebido para llevar a cabo la eliminación de metales pesados presentes en todo tipo de aguas con contaminantes de tipo industrial, urbano y agroganadero, además de poder eliminar otros contaminantes, mejorando la calidad final de las aguas, utilizando dos especies de plantas acuáticas, una especies matriz y otra acompañante o de cobertura, junto con hongos y/o bacterias anaeróbicas inoculadas en las raíces de las propias plantas acuáticas, a fin de eliminar, absorber y reducir el contenido de metales pesados.

El objeto de la invención es disponer de un modelo de biodepuración de aguas contaminadas con metales pesados, de fácil instalación, manejo, conservación y gestión, con alto poder de absorción de metales pesados, que sea indistintamente aplicable en zonas tropicales, templadas o ecuatoriales del planeta.

La invención también afecta al dispositivo, concretamente una cubeta, mediante la cual es posible llevar a cabo el procedimiento de la invención.

ANTECEDENTES DE LA INVENCIÓN

En el ámbito de aplicación práctica de la invención, son conocidos procesos para la depuración de aguas residuales y vertidos contaminantes en base a cultivos de macrofitas emergentes convertidas en flotantes, de manera que la parte sumergida de la planta "parte radicular: raíces" presenta una gran superficie específica, que se emplea para depurar dichas aguas residuales, absorbiendo, reduciendo y eliminando los productos contaminantes.

En tal sentido, pueden citarse la patente de invención WO 2007083304, la patente de invención ES 2120388 o la patente WO 98/45213.

El problema que presentan estos procedimientos es que no prevén la inoculación de microorganismos en las plantas, se presenta una sola especie vegetal en el filtro, y no son específicas para la eliminación de metales pesados, empleándose solamente en zonas templadas. En estas condiciones los sistemas previos disponen de serias limitaciones para la descontaminación de aguas con medios a altos niveles de metales pesados, carecen de la posibilidad de un sistema biológico combinado de plantas + microorganismos, que facilite una rápida absorción de contaminantes y mejora de la calidad de aguas contaminadas de diferentes orígenes, y finalmente son limitados para su uso fuera de las áreas de clima templados.

DESCRIPCIÓN DE LA INVENCIÓN

La invención que se preconiza va un paso mas allá que el estado de la técnica anteriormente citado, al combinar plantas acuáticas y hongos o bacterias inoculadas en dichas plantas para la eliminación, absorción y reducción del contenido de metales pesados en líquidos contaminantes procedentes de sectores industriales urbanos o agroganaderos, proporcionando un proceso mucho mas efectivo, y duradero, al ser sostenible durante mas tiempo, incorporando varias especies de plantas dependiendo de las condiciones ambientales, para estimular la eficacia y el potencial depurador del sistema.

De forma mas concreta, para la puesta en práctica del procedimiento de la invención se parte de una estructura de contención del agua a depurar materializada en una cubeta, cuya profundidad vendrá dada en función de la carga contaminante y del volumen del agua, estableciéndose en su seno un volumen de contención a base de especies vegetales, definiéndose unos valores de profundidad mínima en función de la carga contaminante a tratar.

Una vez establecido el volumen de contención, se establece un filtro vegetal de

descontaminantes participa una especie del genero Thypha spp, y otras pertenecientes a los géneros: Iris sp., Sparganium sp., Cyperus spp., Scirpus spp., Typha ssp. y Nelumbo sp.

Seguidamente se procede a inocular al menos dos especies de microorganismos en las raíces de las plantas que se establecen en la balsa de depuración, Glomus spp, Glomus mosseae, Glomus intraradicens, "Hongos" y/o Raoultella terrígena (=Klebsiella terrígena) "Bacteria".

La inoculación se realiza a través de una activación previa de la selección de microorganismos conservados, previa siembra sobre agar nutritivo esterilizado, y cultivados. Una vez germinadas, se procederá a propagarlos en caldos nutritivos en rotación.

Una vez obtenido una masa celular suficiente para inoculación se procede a la inoculación de las raíces de las especies vegetales de interés.

La inoculación se realizará previo lavado de las raíces de las plántulas de las especies vegetales haciéndolas crecer en medio líquido nutritivo bajo una suspensión de microorganismos a una concentración de al menos 106 células/litro.

Las plantas inoculadas se pasarán a substratos y envases adecuados para que alcancen el tamaño deseado hasta instalación de las balsas de depuración.

En todos los casos las plantas se nutrirán en cubetas inundadas donde el medio nutritivo contendrá los microorganismos anteriormente citados, en concentraciones de al menos 103 microorganismos/litro.

Seguidamente se procede al anclaje e instalación de las plantas en la cubeta, donde se estima la densidad media por cubeta y carga contaminante.

Dicho filtro se somete a un proceso de fertilización, control de plagas y enfermedades, conservación, evaluación del filtro, periodo de desarrollo, actividad de filtrado y descontaminación.

Una vez instalada y desarrollada la instalación descontaminante se procederá al

seguimiento inicial de las medidas de evaluación en el descenso de la carga contaminante y en los niveles de metales pesados, a través de análisis físico-químicos de las aguas en el proceso y de la evaluación de la presencia y cantidad de metales pesados a través del espectrofotómetro de masas hasta alcanzar el nivel optimo de descontaminación.

El seguimiento permitirá evaluar los estados de saturación de las plantas y los microorganismos con relación al rescate de metales pesados.

En cuanto a la preparación de la cubeta, la misma se dimensionará adecuadamente, se señalará, nivelará y preparará el terreno, impermeabilizándolo y estableciendo las correspondientes entradas y salidas de agua y elementos auxiliares en la recarga y vaciado de la cubeta.

Los materiales vegetales que se dispongan en la cubeta procederán de la multiplicación por semillas y su inoculación posterior con los microorganismos, según el procedimiento previamente indicado.

Los materiales vegetales en todos los casos se prepararán en el área de producción previo al transporte con el fin de eliminar el menor número de daños, y disponer de plantas de calidad en la instalación del filtro.

En cuanto al mantenimiento de la instalación, Durante el proceso de filtrado se procesarán muestras de raíces en el filtro verde a fin de analizar y comprobar el grado de microorganismos presentes. Los chequeos se realizarán al menos dos veces al año y en los casos donde la concentración de microorganismos por unidad de superficie radicular muestreada sea inferior a 10 microorganismo/cm2, se procederá a una reintroducción de plantas inoculadas con el fin de incrementar el número de microorganismos.

El desarrollo del filtro se estima en un periodo comprendido entre los 2-7 meses, desde su instalación en la cubeta hasta el nivel adecuado de colmatación de raíces para un procesado idóneo en la captación de metales pesados y bajada en la carga contaminante de materia orgánica, y sustancias en suspensión o combinadas (Ver figura 1).

El desarrollo del filtro compete tres fases; una primera fase de instalación de las plantas

matrices, promotoras o iniciales de organización, una segunda fase de instalación de la planta acompañante, cobertura o fijación; y una tercera fase de desarrollo radicular completo o conformación definitiva del filtro.

Para asegurar un perfecto funcionamiento del filtro se ha previsto que se lleve a cabo chequeos periódicos analizando la eficacia del filtro.

En este sentido, se establecen tres periodos de actividad en el filtrado: un primer periodo de instalación y desarrollo, un segundo periodo maduro de actividad normal y un periodo maduro de actividad reducida.

En cuanto a la estructura de la cubeta, se ha previsto que sobre la cara interna de la misma se establezca una malla plástica de anclaje y sujeción, a la que se fijan las plantas matrices o iniciales de organización, que se encuadran todas dentro del grupo de especies del género Typha spp, definiendo un poderoso sistema radicular, formado en parte por raíces y por estructuras rizomatosas, que configuran una red sustentadora para el anclaje de otras especies acuáticas de interés en la filtración, depuración y rescate de sustancias...

1a.- Procedimiento de eliminación de metales pesados presentes en aguas contaminadas, caracterizado porque en el mismo se definen las siguientes fases operativas:

Dimensionado de la cubeta (1) que define el receptáculo en el que se tratan las aguas a depurar, en la que se establecen la superficie media y profundidad mínima de las cubetas dependiendo de la carga contaminante, el volumen de agua a tratar y las especies vegetales formadoras del filtro. Una vez establecido el volumen de contención se establece la estructura de la masa vegetal de descontaminantes a partir de una especie del genero Typha sp., junto con otra especie acompañante o de cobertura seleccionada entre Phragmites spp, Iris sp., Sparganium sp., Cyperus spp., Scirpus spp. y Nelumbo sp;

Multiplicación de vegetales, de manera que los materiales vegetales que se dispongan en la cubeta procederán de la multiplicación por semillas, procediéndose al desarrollo de un sistema radicular.

Inoculación de al menos 2 especies de microorganismos en las raíces de todas las plantas que vayan a establecerse en la balsa de depuración seleccionada entre: a) uno o dos especies de hongos de tipo Vesiculo-Arbuscular, del género Glomus sp. preferentemente Glomus intraradices N.C. Schenck & G.S. Sm. y Glomus mosseae T.H. Nicolson & Gerd. Gerd. & Trappe y/o b) la bacteria Raoultella terrígena (=Klebsiella terrígena))

Construcción de la cubeta.

Instalación del filtro.

Seguimiento, gestión y mantenimiento del filtro, revegetación y regeneración del filtro.

2a.- Procedimiento de eliminación de metales pesados presentes en aguas contaminadas, según reivindicación 1a, caracterizado porque cuando el agua a tratar se trata de agua salina "dura", se emplea cualquiera de las siguientes combinaciones de especies descontaminantes Especie matriz + Especie acompañante:

Typha domingensis (Pers.) Steud. + Phragmites altissimus Mabille Typha domingensis (Pers.) Steud. + Phragmites australis (Cav.) Trin.

Typha xgezei Rothm. + Phragmites altissimus Mabille Typha xgezei Rothm. + Phragmites australis (Cav.) Trin.

Typha xgezei Rothm. + Scirpus palustris L.

Typha xgezei Rothm. + Scirpus tabernaemontaniC. C. Gmelin

3a.- Procedimiento de eliminación de metales pesados presentes en aguas contaminadas, según reivindicación 1a, caracterizado porque cuando el agua a tratar se trata de agua mineralizada "blanda", se emplea cualquiera de las siguientes combinaciones de especies descontaminantes Especie matriz + Especie acompañante:

Typha angustifolia L.+ Sparganium erectum L.

Typha angustifolia L.+ Phragmites australis (Cav.) Trin.

Typha angustifolia L. + Iris pseudacorus L.

Typha angustifolia L.+ Cyperus alternifolius L.

Typha xglauca Godr.+ Sparganium erectum L.

Typha xglauca Godr.+ Phragmites australis (Cav.) Trin.

Typha xglauca Godr.+ Iris pseudacorus L.

Typha xglauca Godr.+ Cyperus alternifolius L.

4a.- Procedimiento de eliminación de metales pesados presentes en aguas contaminadas, según reivindicación 1a, caracterizado porque cuando el mismo esta previsto aplicarse en climas fríos, continentales, se emplea cualquiera de las siguientes combinaciones de especies descontaminantes: Especie matriz + Especie acompañante

Typha latifolia L. + Sparganium erectum L.

Typha latifolia L. + Cyperus alternifolius L.

Typha latifolia L. + Phragmites altissimus Mabille.

5a.- Procedimiento de eliminación de metales pesados presentes en aguas contaminadas, según reivindicación 1a, caracterizado porque cuando el mismo esta previsto aplicarse en climas tropicales o subtropicales, se emplea cualquiera de las siguientes combinaciones de especies descontaminantes Especie matriz + Especie acompañante:

Typha australis Schum. + Scirpus tabernaemontani C. C. Gmelin

- Typha australis Schum. + Cyperus exaltatus Retz.

- Typha australis Schum. + Cyperus papyrus L.

- Typha australis Schum. + Nelumbo nucifera Gaertn.

6a.- Procedimiento de eliminación de metales pesados presentes en aguas contaminadas, según reivindicación 1a, caracterizado porque la inoculación se realiza a través de una activación previa de la selección de microorganismos conservados a -20°C, en placas Petri, previa siembra sobre agar nutritivo esterilizado, y cultivados durante tres a diez días en cámaras entre 20-32°C, de manera que una vez germinados, se procederá a propagarlos en caldos nutritivos en rotación, durante cuatro a diez días a desarrollados en cámaras con temperaturas entre 20-32°C.

7a.- Procedimiento de eliminación de metales pesados presentes en aguas contaminadas, según reivindicación ia, caracterizado porque la inoculación se realiza previo lavado de las raíces de las plántulas de las especies vegetales haciéndolas crecer en medio líquido nutritivo bajo una suspensión de microorganismos a una concentración de al menos de 106 células/litro, habiéndose previsto que el proceso de inoculación se proyecte entre 5-15 días a una temperatura entre 20-28°C ambiental y entre 18-22°C en el medio acuoso, de modo que pasados los 5 primeros días se proceda a la toma de muestras de raíces para la detección de los microorganismos hasta alcanzar al menos la presencia de 2 microorganismos por plántula y en una concentración de al menos 10 microorganismo/cm2.

8a.- Procedimiento de eliminación de metales pesados presentes en aguas contaminadas, según reivindicación 1a, caracterizado porque en la fase de instalación del filtro se definen tres fases o sub-etapas, una fase de instalación de la planta de la especie matriz Thypa sp., una fase de instalación de la planta acompañante, y una fase de desarrollo radicular completo o conformación definitiva del filtro.

9a.- Dispositivo para la puesta en práctica del procedimiento de las reivindicaciones anteriores, caracterizado porque esta constituido a partir de una cubeta (1), en la que interiormente establece una malla (2) de plantas donde aparece una especie matriz del genero Typha sp., y otra acompañante seleccionada entre una de los géneros: Phragmites spp, Iris sp., Sparganium sp., Cyperus spp., Scirpus spp. y Nelumbo sp; definiendo un sistema radicular, formado en parte por raíces y por estructuras rizomatosas, que configuran una red radicular que permita

una circulación lentica del agua contaminada y facilite una descontaminación y una captación de metales y sustancias tóxicas, por, microorganismos captadores de metales pesados hongos del tipo Vesiculo-Arbuscular, del género Glomus sp. y la bacteria Raoultella terrígena (=Klebsiella terrígena) (4) que fueron inoculados en las plantas (5) facilitando la descontaminación de las aguas contaminadas especialmente industriales (6) disminuyendo las cargas contaminantes especialmente de metales pesados como Hierro (Fe3+); Zinc (Zn2+); Plomo (Pb2+); Cadmio (Cd2+); Níquel (N¡2+); Manganeso (Mn2+); Colbalto (Co3+); Cobre (Cu2+); Arsénico (As5+)., además de los valores como la disminución del contenido total de sólidos en suspensión, mejora las condiciones de DQO y DBO, y el pH del medio.

10a.-D¡spositivo, según reivindicación 9a, caracterizado porque incluye una superficie de tallos (7), hojas e inflorescencia emergentes o aéreos que configura la parte, o fase fotosintética del sistema de descontaminación.

11a.- Dispositivo, según reivindicación 9a, caracterizado porque en aguas con una carga contaminante de hasta 500 mg/l de DB05, se establece una superficie de filtro verde de 7m2/m3 de agua.

12a.- Dispositivo, según reivindicación 9a, caracterizado porque en aguas con una carga contaminante de más de 500 mg/l de DB05, se establece una superficie de filtro verde de 12m2/m3 de agua.

13a.- Dispositivo, según reivindicación 9a, caracterizado porque en el mismo se establecen los siguientes valores de profundidad mínimo, para aguas con carga contaminante de hasta 500 mg/l de DB05, en cada especie de manera que cuando se encuentran combinadas se establece como profundidad la de la especie con necesidades más elevadas:

Especies acompañantes: Cyperus alternifolius L.: 40 -50 cm/ Cyperus exaltatus Retz. : 50 -70 cm/ Cyperus papyrus L. : 50 -70 cm/ Iris pseudacorus L. : 40 -50 cm/ Nelumbo nucífera Gaertn. : 50 -70 cm/ Phragmites altissimus Mabille : 50 -60 cm/ Phragmites australis (Cav.) Trin. : 40 -60 cm/ Scirpus palustris L. : 40 -50 cm/ Scirpus tabernaemontani C. C. Gmelin : 40 -60 cm/ Sparganium erectum L.: 50 -60 cm Especies matrices: Typha angustifolia L. : 60 -70 cm/ Typha australis Schum. : 60 -80 cm/ Typha domingensis (Pers.) Steud. : 60 -70 cm/ Typha latifolia L. : 60 -80 cm/

Typha xgezei Rothm. : 60 -70 cm/ Typha xglauca Godr. : 60 -80 cm.

14a.- Dispositivo, según reivindicación 9a, caracterizado porque en el mismo se establecen los siguientes valores de profundidad mínimo, para aguas con carga contaminante que 5 superen los 500 mg/l de DB05, en cada especie de manera que cuando se encuentran combinadas se establece como profundidad la de la especie con necesidades más elevadas:

Especies acompañantes: Cyperus alternifolius L.: 50 -70 cm/ Cyperus exaltatus Retz. 10 : 70 -110 cm/ Cyperus papyrus L. : 70 -120 cm/ Iris pseudacorus L. : 50 -80 cm/

Nelumbo nucífera Gaertn. : 70 -110 cm/ Phragmites altissimus Mabille : 70 -120 cm/ Phragmites australis (Cav.) Trin. : 80 -100 cm/ Scirpus palustris L. : 50 -80 cm/ Scirpus tabernaemontani C. C. Gmelin : 60 -90 cm/ Sparganium erectum L. : 60 -110 cm

Especies matrices: Typha angustifclia L. : 80 -120 cm/ Typha australis Schum. : 90 -

160 cm/ Typha domingensis (Pers.) Steud. : 60 -150 cm/ Typha latifclia L. : 90 -150 cm/ Typha xgezei Rothm.: 80 -130 cm/ Typha xglauca Godr.: 90 -140 cm.