Desarrollo de métodos para la reducción de la contaminación por plaguicidas en aguas subterráneas mediante la adición de residuos orgánicos a los suelos

  1. Rojas Rodríguez, Raquel
Dirigida por:
  1. J. Morillo Aguado Director/a
  2. José Usero García Director/a

Universidad de defensa: Universidad de Sevilla

Fecha de defensa: 05 de febrero de 2016

Tribunal:
  1. Juan Emilio González González Presidente/a
  2. Fátima Arroyo Torralvo Secretario/a
  3. Carlos Leiva Fernández Vocal
  4. Sebastián Ovidio Pérez Báez Vocal
  5. José Coronada Carbajo Timoteo Vocal

Tipo: Tesis

Teseo: 396935 DIALNET lock_openIdus editor

Resumen

El uso de plaguicidas se ha convertido en un recurso indispensable para el control de organismos vivos que transmiten enfermedades y, sobre todo, que producen daños a las cosechas. Estas sustancias controlan el ataque producido sobre los cultivos, reducen las pérdidas económicas que éstas generan y ayudan a hacer frente a la gran demanda actual de alimentos (debida al incremento exponencial que ha sufrido la población mundial en los últimos siglos). Para el control de las plagas en la actualidad se hace un uso frecuente y, generalmente, en exceso de los plaguicidas, lo que supone un importante peligro para el medio ambiente, debido a su elevada toxicidad y persistencia. Una vez aplicados, los plaguicidas se mueven, desde los campos de cultivos hasta las aguas superficiales, mediante escorrentía, aunque también pueden ser lixiviados desde el suelo hacia las aguas subterráneas. Si el medio acuático se contamina por estos productos, puede constituir un grave peligro para la salud humana, no sólo como consecuencia del uso de agua contaminada, sino también por el consumo de alimentos contaminados. En relación con este último aspecto, es de señalar que los plaguicidas tienen la capacidad de acumularse a lo largo de la cadena alimentaria, y pueden producir graves daños (incluso la muerte) a los consumidores finales, entre ellos los seres humanos. Las consideraciones anteriores han determinado la realización de esta Tesis Doctoral en la que se pretende desarrollar técnicas que permitan reducir la contaminación de estos compuestos en las aguas subterráneas. Para lograrlo, se propone el empleo de residuos orgánicos como enmiendas de suelo para promover la adsorción de plaguicidas a los mismos, al enriquecerlos con materia orgánica. Con ello se consigue, además, mejorar las propiedades agrícolas del suelo, a la vez que se favorece la actividad microbiana y, por ello, la degradación biológica de los plaguicidas adsorbidos. En esta Tesis Doctoral se han seleccionado para su estudio a 10 plaguicidas (atrazina, endosulfán sulfato, alacloro, clorpirifos, clorfenvinfos, ciproconazol, lindano, simazina, tetraconazol y trifluralina). Estos compuestos se han elegido por ser muy utilizados en España, haber sido detectados frecuentemente en las aguas superficiales y subterráneas, tener elevadas toxicidad y peligrosidad y ser representativos de distintas familias de plaguicidas con diferentes propiedades fisicoquímicas. También se han seleccionado a 9 residuos orgánicos para el tratamiento de los suelos (serrín, estiércol de pollo, orujillo, compost de lodos de depuradoras, cascarilla de arroz, cáscaras de pipas, compost de residuos sólidos urbanos, restos de desmotadoras de algodón y ecoproteína). Estos residuos orgánicos son abundantes, fáciles de obtener y transportar y no representan peligro para el medio ambiente. En esta Tesis Doctoral se han realizado diversas actividades experimentales, que se pueden agrupar en función de los dos objetivos principales de la misma. El primer objetivo es ¿evaluar la capacidad de determinados residuos orgánicos para adsorber los plaguicidas seleccionados¿, para conseguirlo se han realizado las siguientes actividades: toma de muestra y caracterización de suelos y residuos orgánicos y estudios de adsorción y de desorción de plaguicidas. Los estudios de adsorción se hicieron en sistemas cerrados, poniendo en contacto al suelo (o a los residuos o al suelo enmendado) con una solución acuosa de plaguicidas. A partir de ellos, y bajo distintas condiciones, se determinó la cantidad óptima de residuo orgánico y el tiempo de equilibrio, se realizaron estudios cinéticos y los resultados se ajustaron a diversos modelos matemáticos para caracterizar la cinética de adsorción. Bajo este tipo de metodología, se determinaron también las isotermas de adsorción y los resultados se ajustaron a modelos matemáticos para caracterizar el proceso de adsorción. El segundo objetivo es ¿determinar la eficacia de la adición de los residuos orgánicos al suelo para reducir los plaguicidas que pueden escapar en los lixiviados hacia las aguas subterráneas¿, para alcanzar este objetivo se diseñaron columnas de suelo y de suelo enmendado. Se realizaron estudios de lixiviación y se obtuvieron las curvas de rotura y las de elución acumulada a partir de las concentraciones de plaguicida eluido diariamente y de plaguicida eluido acumulado, respectivamente. También se calcularon las constantes de adsorción a partir de los resultados obtenidos en estas pruebas. Los resultados obtenidos indican que la adición de residuos orgánicos al suelo aumenta la capacidad de adsorción de plaguicidas del mismo. La cinética de adsorción de los plaguicidas es de segundo orden, primando las reacciones químicas entre moléculas frente a la concentración de plaguicida. Entre las características de los plaguicidas, la solubilidad e hidrofobicidad son las propiedades que más afectan al proceso de adsorción-desorción y de lixiviación de los plaguicidas en los residuos orgánicos estudiados, de manera que se adsorben con mayor rapidez y fuerza los compuestos más hidrófobos. La composición de los adsorbentes juega un papel crucial también en los procesos de adsorción-desorción y de lixiviación, especialmente el contenido en carbono orgánico y en potasio, así como la disminución del pH provocada por la adición de residuos orgánicos. El orujillo es la enmienda orgánica con la que se obtienen mejoras en la retención de todos los tipos de plaguicidas estudiados, cubriendo una gran variedad de familias químicas y plaguicidas con diferentes características. La cascarilla de arroz y los restos de desmotadoras de algodón son buenos adsorbentes para plaguicidas hidrófilos, mientras que el compost de residuos sólidos urbanos y el estiércol de pollo se recomiendan para plaguicidas hidrófobos.