Bruk av planter for å fjerne forurensninger fra jord og grunnvann (Phytoremediation Techniques)

Phytoremediation refererer til bruk av planter for å fjerne forurensninger fra jord og grunnvann, eller å bidra til nedbrytning av forurensninger til en mindre giftig form.

Noen planter er i stand til å trekke ut og konsentrere bestemte elementer fra miljøet og derved tilby et permanent middel for rydding. Plantevevet, som er rik på akkumulerte forurensninger, kan høstes og behandles trygt.

Rensing skjer også når bakterier på plantens røtter bryter ned forurensende arter, eller når røttene trekker forurenset grunnfukt nærmere til overflaten, utsetter forurensende arter for mikrober i et høyere oksygenholdig miljø. Noen av teknikkene er presentert i denne delen. De er som følger:

1. Phytoextraksjon:

Bruken av planter for å fjerne forurensninger fra miljøet og konsentrere dem i overjordet plantevev er kjent som phytoextraksjon.

Gyldighet:

Phytoextraksjon var primært ansatt for å gjenvinne tungmetaller fra jord, men denne teknologien er nå aktuell for andre materialer i forskjellige medier. Drivhusbaserte hydroponiske systemer ved hjelp av planter med høy forurensende rotopptak og dårlig translokasjon til skuddene blir for tiden undersøkt for fjerning av tungmetaller og radionuklider fra vann.

Disse plantene kalles også hyperaccumulatorer. Planter med høye vekstfrekvenser (> 3 tonn tørrstoff / hektarår) og evne til å tolerere høye metallkonsentrasjoner i høstbare deler av plantene (> 1000 mg / kg) er nødvendig for praktisk mulig behandling.

begrensninger:

Effektiv utvinning av giftige metaller med hyperakkumulatorer er begrenset til grunne jorddybder på opptil 24 tommer. Hvis forurensning er på vesentlig større dybder (f.eks. 6 til 10 fot), kan dyprotede poppeltrær brukes, men det er bekymring for bladkull og tilhørende giftige rester.

Til tross for å ha elskverdige metallakkumulerende egenskaper, mangler nåværende tilgjengelige hyperaccumulatorer egnet biomasseproduksjon, fysiologisk tilpasningsevne til varierende klimaforhold og tilpasningsevne til dagens agronomiske teknikker.

2. Fytostabilisering:

Fytostabilisering innebærer reduksjon av mobiliteten til tungmetaller i jord. Immobilisering av metaller kan oppnås ved å redusere vindblåst støv, minimere jord erosjon og redusere forurensningsoppløselighet eller biotilgjengelighet til næringskjeden. Tilsetningen av jordendringer, som organisk materiale, fosfater, alkaliseringsmidler og bio-faste stoffer, kan redusere løseligheten av metaller i jord og minimere utvasking til grunnvann.

Mobiliteten av forurensninger reduseres ved opphopning av forurensninger av planterotter, absorpsjon på røtter eller nedbør i rotsonen. I noen tilfeller kan hydraulisk styring for å forhindre utvasking av lekkasje oppnås på grunn av den store mengden vann som oppstår av planter.

Gyldighet:

Bruk av fytostabilisering for å holde metaller i sin nåværende posisjon er spesielt attraktiv når andre metoder for å rette opp store områder med lav forurensning ikke er mulig. Rensing er vanskelig på steder som har høye metaller konsentrasjon på grunn av jordgiftighet. Planter skal kunne tolerere høye forurensninger, ha høy produksjon av rotbiomasse med evnen til å immobilisere forurensninger, og evnen til å holde forurensninger i røttene.

begrensninger:

Fytostabilisering er nyttig på steder med grunne forurensninger og hvor forurensning er relativt lav. Planter som samler tungmetaller i røttene og i rotsonen er vanligvis effektive i dybder på opptil 24 tommer. Metaller som lett translokeres til blader i planter kan begrense anvendligheten av fytostabilisering på grunn av potensielle virkninger for næringskjeden.

3. Fytostimulering:

Fytostimulering, også referert til som forbedret rhizosfærenes bionedbrytning, rhizodegradasjon eller planteassistert bioremediering / nedbrytning, er nedbrytningen av organiske forurensninger i jorden via forbedret mikrobiell aktivitet i planterotsonen eller rhizosfæren. Mikrobiel aktivitet stimuleres i rhizosfæren på flere måter: 1. forbindelser, slik som sukkerarter, karbohydrater, aminosyrer, acetater og enzymer, utstrålet av røttene, beriker indfødte mikrobepopulasjoner; 2. Rotsystemer bringer oksygen til rhizosfæren, som sikrer aerob transformasjoner; 3 finrot biomasse øker tilgjengelig organisk karbon; 4. mycorrhizae sopp, som vokser innenfor rhizosfæren, kan nedbryte organiske forurensninger som ikke kan transformeres utelukkende av bakterier på grunn av unike enzymatiske veier; og 5. habitat for økte mikrobielle populasjoner og aktivitet økes av planter.

Gyldighet:

Denne metoden er nyttig for å fjerne organiske forurensninger, for eksempel plantevernmidler, aromater og polynukleære aromatiske hydrokarboner (PAH), fra jord og sedimenter. Klorerte løsningsmidler har også blitt målrettet mot demonstrasjonssteder.

begrensninger:

Steder der phytostimulering skal gjennomføres, skal ha lavt nivå av forurensning i grunne områder. Høye nivåer av forurensninger kan være giftige for planter.

4. Fytotransformasjon:

Fytotransformasjon, også referert til som fytodegradering, er nedbrytningen av organiske forurensninger som er sekvestrert av planter via: (1) metabolske prosesser i planten; eller (2) effekten av forbindelser, slik som enzymer, produsert av planten. De organiske forurensningene nedbrytes til enklere forbindelser som er integrert med plantevev, noe som igjen bidrar til vekst av planteveksten. Reformering av et område ved phytotransformasjon er avhengig av direkte opptak av forurensninger fra media og akkumulering i vegetasjonen.

Frigivelsen av flyktige forurensninger til atmosfæren via plantetranspirasjon, kalt phytovolatilization, er en form for fytotransformasjon. Selv om overføring av forurensninger til atmosfæren ikke kan oppnå målet om fullstendig opprensing, kan fytovolatilisering være ønskelig ved at langvarig jordeksponering og risiko for grunnvannsforurensning reduseres.

Gyldighet:

Fytotransformasjon kan benyttes for å rette opp steder som er forurenset med organiske forbindelser. Enkelte enzymer produsert av planter kan bryte ned og konvertere klorerte løsemidler (f.eks. Trikloretylen), ammunisjonsavfall og herbicider. Denne teknologien kan også brukes til å fjerne forurensninger fra petrokjemiske steder og lagringsområder, drivstoffutslipp, losseplasser og landbruksprodukter.

Vellykket implementering av denne teknologien krever at de transformerte forbindelsene som akkumuleres i anlegget, er giftfri eller signifikant mindre toksiske enn foreldreforbindelsene. I enkelte tilfeller kan fytotransformasjon brukes sammen med andre rensingsteknikker eller som en poleringsbehandling.

begrensninger:

Denne teknologien krever vanligvis mer enn en høysesong for å være effektiv. Jord skal være mindre enn 3 ft i dybde og grunnvann innen 10 fot av overflaten. Forurensninger kan fortsatt gå inn i matkjeden gjennom dyr eller insekter som spiser plantemateriale. Jordendringer kan være påkrevd, inkludert chelateringsmidler for å lette planteopptaket ved å bryte bindende forurensninger til jordpartikler.

5. Rhizofiltrering:

Rhizofiltrering refererer til bruk av planterøtter for å absorbere, konsentrere og utfelle giftige metaller fra forurenset grunnvann. I utgangspunktet leveres egnede planter med stabile rotsystemer med forurenset vann for å akklimatisere plantene. Disse plantene overføres deretter til det forurensede området for å samle forurensningene, og når røttene er mettede, høstes de. Rhizofiltrering muliggjør in situ behandling, minimering av forstyrrelser i miljøet.

Gyldighet:

Et egnet anlegg for rhizofiltreringsapplikasjoner kan fjerne giftige metaller fra løsningen over en lengre periode med sitt raske vekstrottsystem. Forskjellige plantearter har vist seg å effektivt fjerne giftige metaller som Cu (2+), Cd (2+), Cr (6+), Ni (2+), Pb (2+) og Zn (2+) fra vandige Løsningsnivåer av radioaktive forurensninger kan også fjernes fra flytende strømmer.

begrensninger:

Rhizofiltrering er spesielt effektiv i applikasjoner der lave konsentrasjoner og store mengder vann er involvert. Planter som er effektive ved translokering av metaller til skuddene, bør ikke brukes til rhizofiltrering fordi mer forurenset planterest er produsert.

6. Konstruerte våtmarker:

Konstruerte våtmarker er konstruerte, menneskeskapte økosystemer spesielt utviklet for å behandle avløpsvann, minedrenering og andre farvann ved å optimalisere de biologiske, fysiske og kjemiske prosessene som oppstår i naturlige våtmarkssystemer. Konstruerte våtmarker kan gi effektiv, økonomisk og miljøvennlig behandling av avløpsvann, samt tjene som dyrelivet.

Konstruerte våtmarkssystemer er gruppert i tre hovedtyper: fritt vannoverflate (FWS), undergrunnsflowsystemer (SFS) eller akvatiske anleggssystemer (APS). FWS-systemer, eller jordsubstratsystemer, består av akvatiske planter som er rotfestet i jordsubstrat i et konstruert jordbasseng som kanskje eller ikke er foret, avhengig av jordgjennomtrengelighet og grunnvannskrav.

FWS-systemer er konstruert for å akseptere forhåndsbehandlet, lavhastighets avløpsvann, i pluggen, over toppen av jordmediet eller i en dybde mellom 1 og 18 tommer. SFS er vanligvis grussubstratsystemer som ligner på FWS-systemer, men vannlevende vegetasjon er plantet i grus eller knust stein og avløpsvann strømmer omtrent 6 tommer under overflaten av media.

Aggregatet har vanligvis en dybde mellom 12 og 24 tommer. Ingen synlig overflatestrøm er tydelig i SFS. APS ligner også FWS-systemer, men vannet ligger i dypere dammer og akvatiske flytende akvatiske planter eller nedsenkede planter brukes.

Gyldighet:

Konstruerte våtmarker kan brukes til å behandle kommunalt avløpsvann, landbruksavfall, minedrenering og andre avløp. Biokjemisk oksygenbehov (BOD) og totalt suspendert faststoff (TSS) reduseres effektivt av disse menneskeskapte våtmarkssystemene.

begrensninger:

Teknisk veiledning for utforming og drift av konstruerte våtmarker kan begrenses på grunn av mangel på langsiktige driftsdata. Potensiell sesongvariabilitet og påvirkning på dyrelivet kan påvirke systemets drift og sikring av tillatelser negativt. Relativt store pakker med land er påkrevd og vannforbruket er høyt på grunn av store evapotranspirasjonshastigheter.