Anvendelse af planter til fjernelse af forurenende stoffer fra jord og grundvand (Phytoremediation Techniques)

Fytoremediering henviser til brugen af ​​planter for at fjerne forurenende stoffer fra jord og grundvand eller for at hjælpe med nedbrydning af forurenende stoffer til en mindre giftig form.

Nogle planter er i stand til at udtrække og koncentrere bestemte elementer fra miljøet og derved tilbyde et permanent middel til afhjælpning. Plantevævet, som er rig på akkumulerede forureninger, kan høstes og behandles sikkert.

Afhjælpning sker også, når bakterier på planternes rødder nedbryder forurenende arter, eller når rødderne trækker forurenet grundfugt tættere på overfladen, udsætter forureningsarter for mikrober i et højere iltholdigt miljø. Nogle af teknikkerne er præsenteret i dette afsnit. De er som følger:

1. Phytoextraktion:

Anvendelsen af ​​planter til at fjerne forurenende stoffer fra miljøet og koncentrere dem i overjordet plantevæv er kendt som phytoextraktion.

Anvendes til:

Phytoextraktion blev primært ansat til at genvinde tungmetaller fra jord, men denne teknologi er nu anvendelig for andre materialer i forskellige medier. Drivhusbaserede hydroponiske systemer, der anvender planter med høj forurenende rodoptagning og dårlig translokation til skuddene, undersøges for øjeblikket for fjernelse af tungmetaller og radionuklider fra vand.

Disse planter kaldes også hyperaccumulatorer. Planter med høje vækstrater (> 3 tons tørstof / hektarår) og evnen til at tolerere høje metalkoncentrationer i høstbare dele af planterne (> 1000 mg / kg) er nødvendige for praktisk gennemførlig behandling.

Begrænsninger:

Effektiv udvinding af toksiske metaller med hyperaccumulatorer er begrænset til lav jorddybder på op til 24 inches. Hvis forureningen ligger på væsentligt større dybder (f.eks. 6 til 10 fod), kan dybtrotede poppeltræer anvendes, men der er bekymring for bladkuld og tilhørende giftige rester.

På trods af at have elskværdige metalakkumulerende egenskaber mangler aktuelt tilgængelige hyperaccumulatorer passende biomasseproduktion, fysiologisk tilpasningsevne til forskellige klimatiske forhold og tilpasningsevne til de nuværende agronomiske teknikker.

2. Fytostabilisering:

Fytostabilisering indebærer reduktion af mobiliteten af ​​tungmetaller i jorden. Immobilisering af metaller kan opnås ved at reducere vindblæst støv, minimere jord erosion og reducere forurenende opløselighed eller biotilgængelighed til fødekæden. Tilsætningen af ​​jordændringer, såsom organisk stof, fosfater, alkaliseringsmidler og bio-faste stoffer kan nedsætte opløseligheden af ​​metaller i jord og minimere udvaskning til grundvand.

Mobiliteten af ​​forurenende stoffer reduceres ved akkumulering af forurenende stoffer ved plante rødder, absorption på rødder eller nedbør i rodzonen. I nogle tilfælde kan hydraulisk styring for at forhindre perkolatvandring opnås på grund af den store mængde vand, der udvises af planter.

Anvendes til:

Anvendelsen af ​​fytostabilisering for at holde metaller i deres nuværende position er særligt attraktiv, når andre metoder til at afhjælpe store områder med lav forurening ikke er mulige. Remediering er vanskelig på lokaliteter, der har koncentrationer af høj metaller på grund af jordtoksicitet. Planter skal være i stand til at tolerere høje niveauer af forurenende stoffer, har stor produktion af rodbiomasse med evnen til at immobilisere forurenende stoffer og evnen til at holde forurenende stoffer i rødderne.

Begrænsninger:

Fytostabilisering er nyttig på steder med lavt kontaminering og hvor forurening er forholdsvis lav. Planter, der akkumulerer tungmetaller i rødderne og i rodzonen, er typisk effektive i dybder på op til 24 tommer. Metaller, der let transloceres til blade i planter, kan begrænse anvendeligheden af ​​fytostabilisering på grund af potentielle virkninger for fødekæden.

3. Fytostimulering:

Phytostimulering, også kaldet forbedret rhizosfærens bionedbrydning, rhizodegradation eller planteassisteret bioremediering / nedbrydning er nedbrydning af organiske forureninger i jorden via forbedret mikrobiel aktivitet i planterotszonen eller rhizosfæren. Mikrobiel aktivitet stimuleres i rhizosfæren på flere måder: 1. forbindelser, såsom sukkerarter, kulhydrater, aminosyrer, acetater og enzymer udstødt af rødderne beriger indfødte mikrobepopulationer; 2. Rotsystemer bringer ilt til rhizosfæren, som sikrer aerobiske transformationer; 3 finrot-biomasse øger tilgængelig organisk kulstof; 4. Mycorrhizae svampe, der vokser inden for rhizosfæren, kan nedbryde organiske forureninger, der ikke kan omdannes udelukkende af bakterier på grund af unikke enzymatiske veje; og 5. habitat for øgede mikrobielle populationer og aktivitet forstærkes af planter.

Anvendes til:

Denne metode er nyttig til fjernelse af organiske forurenende stoffer, såsom pesticider, aromatiske stoffer og polynukleære aromatiske carbonhydrider (PAH), fra jord og sedimenter. Klorinerede opløsningsmidler har også været målrettet mod demonstrationssteder.

Begrænsninger:

Steder, hvor phytostimulation skal gennemføres, skal have lavt niveau af forurening i lavvandede områder. Høje niveauer af forurenende stoffer kan være giftige for planter.

4. Fytotransformation:

Phytotransformation, også kaldet fytodegradation, er nedbrydning af organiske forureninger, der er sekvestreret af planter via: (1) metaboliske processer i planten; eller (2) virkningen af ​​forbindelser, såsom enzymer, produceret af planten. De organiske forureninger nedbrydes til enklere forbindelser, der er integreret med plantevæv, hvilket igen fremmer plantevækst. Formidling af et sted ved phytotransformation er afhængig af direkte optagelse af forurenende stoffer fra medierne og akkumulering i vegetationen.

Frigivelsen af ​​flygtige forureninger til atmosfæren via plantetranspiration, kaldet phytovolatilization, er en form for phytotransformation. Selvom overførsel af forurenende stoffer til atmosfæren muligvis ikke kan nå målet om fuldstændig afhjælpning, kan phytovolatilisation være ønskelig ved den forlængede jordpåvirkning og risikoen for grundvandskontaminering reduceres.

Anvendes til:

Phytotransformation kan anvendes til at afhjælpe steder, der er forurenet med organiske forbindelser. Visse enzymer produceret af planter er i stand til at nedbryde og omdanne chlorerede opløsningsmidler (fx trichlorethylen), ammunitionsaffald og herbicider. Denne teknologi kan også bruges til at fjerne forureninger fra petrokemiske steder og opbevaringsområder, brændstofudslip, lossepladser og landbrugskemikalier.

Succesfuld implementering af denne teknologi kræver, at de transformerede forbindelser, som akkumuleres i planten, er ikke-toksiske eller signifikant mindre giftige end moderforbindelserne. I nogle applikationer kan phytotransformation anvendes sammen med andre remedieringsteknologier eller som poleringsbehandling.

Begrænsninger:

Denne teknologi kræver normalt mere end en vækstsæson at være effektiv. Jord skal være mindre end 3 ft dybde og grundvand inden for 10 ft af overfladen. Forurenende stoffer kan stadig komme ind i fødekæden gennem dyr eller insekter, der spiser plantemateriale. Jordændringer kan være nødvendige, herunder chelateringsmidler for at lette planteoptagelsen ved at bryde bindinger, der forbyder bindemidler til jordpartikler.

5. Rhizofiltrering:

Rhizofiltrering refererer til anvendelse af plante rødder til at absorbere, koncentrere og udfælde giftige metaller fra forurenet grundvand. I første omgang forsynes egnede planter med stabile rodsystemer med forurenet vand for at tiltrække planterne. Disse planter overføres derefter til det forurenede sted for at samle forureningerne, og når rødderne er mættede, høstes de. Rhizofiltration muliggør in situ behandling, der minimerer forstyrrelser i miljøet.

Anvendes til:

Et egnet anlæg til rhizofiltreringsapplikationer kan fjerne giftige metaller fra opløsning over en længere periode med dets hurtige vækstrodsystem. Forskellige plantearter har vist sig at effektivt fjerne giftige metaller som Cu (2+), Cd (2+), Cr (6+), Ni (2+), Pb (2+) og Zn (2+) fra vandige Løsningsniveauet radioaktive forureninger kan også fjernes fra flydende strømme.

Begrænsninger:

Rhizofiltrering er særligt effektiv i applikationer, hvor lave koncentrationer og store mængder vand er involveret. Planter, der er effektive ved translokering af metaller til skuddene, må ikke anvendes til rhizofiltrering, fordi der produceres mere forurenet planterest.

6. Konstruerede Vådområder:

Konstruerede vådområder er konstruerede, menneskeskabte økosystemer, der er specielt designet til at behandle spildevand, minedræning og andre farvande ved at optimere de biologiske, fysiske og kemiske processer, der forekommer i naturlige vådområder. Konstruerede vådområder kan give en effektiv, økonomisk og miljømæssig forsvarlig behandling af spildevand samt tjene som dyrelivet.

Konstruerede vådområder er grupperet i tre hovedtyper: FWS, undergrundsflowsystemer (SFS) eller akvatiske anlægssystemer (APS). FWS-systemer eller jordsubstratsystemer består af vandplanter, der er rodfæstet i et jordsubstrat i et konstrueret jordbundsbestand, der måske eller ikke er foret, afhængigt af jordgennemtrængelighed og grundvandsbeskyttelseskrav.

FWS-systemer er designet til at acceptere forbehandling, lav hastighed spildevand, i plug flow, over toppen af ​​jordmediet eller i en dybde mellem 1 og 18 tommer. SFS er typisk grusunderlagssystemer, der ligner FWS-systemer, men vandplanter er plantet i grus eller knust sten og spildevand strømmer ca. 6 tommer under overfladen af ​​mediet.

Aggregatet har typisk en dybde på mellem 12 og 24 tommer. Ingen synlig overfladestrøm er tydelig i SFS .APS ligner også FWS-systemer, men vandet er placeret i dybere damme, og vandlevende vandlevende planter eller nedsænket planter anvendes.

Anvendes til:

Konstruerede vådområder kan bruges til at behandle kommunalt spildevand, landbrugsafstrømning, minedræning og andre spildevand. Biokemisk iltforbrug (BOD) og totalt suspenderet faststof (TSS) reduceres effektivt af disse menneskeskabte vådområder.

Begrænsninger:

Teknisk vejledning til konstruktion og drift af konstruerede vådområder kan være begrænset på grund af manglen på langsigtede driftsdata. Potentiel sæsonbestemt variabilitet og påvirkning af dyreliv kan påvirke systemets drift og sikring af tilladelser negativt. Relativt store pakker jord er påkrævet, og vandforbruget er højt på grund af store evapotranspirationshastigheder.