Gebruik van planten om verontreinigende stoffen uit bodem en grondwater te verwijderen (Phytoremediatietechnieken)

Fytoremediatie verwijst naar het gebruik van planten om verontreinigende stoffen uit bodem en grondwater te verwijderen, of om te helpen bij de afbraak van verontreinigingen tot een minder toxische vorm.

Sommige planten zijn in staat om bepaalde elementen uit de omgeving te extraheren en te concentreren, waardoor ze een permanent middel tot herstel bieden. Het plantenweefsel, dat rijk is aan opgehoopte verontreinigingen, kan worden geoogst en veilig worden verwerkt.

Sanering vindt ook plaats wanneer bacteriën aan de wortels van de plant verontreinigende stoffen afbreken, of wanneer de wortels verontreinigd bodemvocht dichter bij het oppervlak trekken, waardoor verontreinigende stoffen worden blootgesteld aan microben in een hogere zuurstofbevattende omgeving. Sommige technieken worden in deze sectie gepresenteerd. Ze zijn als volgt:

1. Phyto-extractie:

Het gebruik van planten om verontreinigingen uit de omgeving te verwijderen en ze te concentreren in bovengronds plantenweefsel staat bekend als fyto-extractie.

toepasbaarheid:

Fyto-extract werd voornamelijk gebruikt om zware metalen uit de bodem te winnen, maar deze technologie is nu ook van toepassing op andere materialen in verschillende media. Op broeikasgassen gebaseerde hydrocultuursystemen met planten met een hoge opname van wortelgroei en slechte translocatie naar de scheuten worden momenteel onderzocht voor het verwijderen van zware metalen en radionucliden uit water.

Deze planten worden ook hyperaccumulators genoemd. Planten met hoge groeisnelheden (> 3 ton droge stof / hectare jaar) en het vermogen om hoge metaalconcentraties te verdragen in oogstbare delen van de planten (> 1.000 mg / kg) zijn nodig voor een praktische behandeling.

beperkingen:

Effectieve extractie van toxische metalen door hyperaccumulatoren is beperkt tot ondiepe bodemdiepten van maximaal 24 inch. Als de besmetting op aanzienlijk grotere dieptes (bijvoorbeeld 6 tot 10 voet) is, kunnen diepgewortelde populieren worden gebruikt, maar er bestaat bezorgdheid over bladafval en de bijbehorende toxische resten.

Ondanks het hebben van beminnelijke metaalaccumulerende eigenschappen, missen de momenteel beschikbare hyperaccumulatoren een geschikte biomassaproductie, fysiologisch aanpassingsvermogen aan variërende klimatologische omstandigheden en aanpasbaarheid aan de huidige agronomische technieken.

2. Fytostabilisatie:

Fytostabilisatie houdt in dat de mobiliteit van zware metalen in de bodem wordt verminderd. Immobilisatie van metalen kan worden bereikt door windblownstof te verminderen, bodemerosie tot een minimum te beperken en de oplosbaarheid van oplosmiddelen of biologische beschikbaarheid voor de voedselketen te verminderen. De toevoeging van bodemveranderingen, zoals organische stof, fosfaten, alkaliserende stoffen en bio-vaste stoffen kan de oplosbaarheid van metalen in de bodem verminderen en uitspoeling naar grondwater tot een minimum beperken.

De mobiliteit van verontreinigingen wordt verminderd door de accumulatie van verontreinigingen door plantenwortels, opname op wortels of neerslag in de wortelzone. In sommige gevallen kan hydraulische regeling om percolaatmigratie te voorkomen worden bereikt vanwege de grote hoeveelheid water die door planten wordt veroorzaakt.

toepasbaarheid:

Het gebruik van fytostabilisatie om metalen op hun huidige locatie te houden, is bijzonder aantrekkelijk wanneer andere methoden om grote oppervlakken met een lage verontreiniging te saneren, niet haalbaar zijn. Sanering is moeilijk op plaatsen met een hoge metaalconcentratie vanwege bodemtoxiciteit. Planten moeten hoge niveaus van contaminanten kunnen verdragen, een hoge productie van wortelbiomassa hebben met het vermogen om verontreinigingen te immobiliseren en het vermogen om contaminanten in de wortels vast te houden.

beperkingen:

Fytostabilisatie is nuttig op locaties met weinig vervuiling en waar de verontreiniging relatief laag is. Planten die zware metalen verzamelen in de wortels en in de wortelzone zijn meestal effectief op een diepte van maximaal 24 inch. Metalen die gemakkelijk kunnen worden getransloceerd naar bladeren in planten, kunnen de toepasbaarheid van fytostabilisatie als gevolg van mogelijke effecten op de voedselketen beperken.

3. Fytostimulatie:

Fytostimulatie, ook wel verbeterde rhizosfeer biologische afbraak, rhizodegradatie of plant-assisted bioremediatie / afbraak genoemd, is de afbraak van organische verontreinigingen in de bodem via verhoogde microbiële activiteit in de wortelzone van de plant of rhizosfeer. Microbiële activiteit wordt op verschillende manieren in de rhizosfeer gestimuleerd: 1. verbindingen, zoals suikers, koolhydraten, aminozuren, acetaten en enzymen, afgescheiden door de wortels, verrijken de inheemse microbenpopulaties; 2. wortelsystemen brengen zuurstof naar de rizosfeer, wat zorgt voor aërobe transformaties; 3 fijn-wortel biomassa verhoogt beschikbare organische koolstof; 4. mycorrhiza-schimmels, die groeien in de rhizosfeer, kunnen organische verontreinigingen afbreken die niet alleen door bacteriën kunnen worden getransformeerd vanwege unieke enzymatische routes; en 5. de habitat voor verhoogde microbiële populaties en activiteit wordt versterkt door planten.

toepasbaarheid:

Deze methode is nuttig voor het verwijderen van organische verontreinigingen, zoals pesticiden, aromaten en polynucleaire aromatische koolwaterstoffen (PAK's) uit de bodem en sedimenten. Gechloreerde oplosmiddelen zijn ook gericht op demonstratieplaatsen.

beperkingen:

Locaties waar fytostimulatie moet worden geïmplementeerd, moeten lage niveaus van verontreiniging hebben in ondiepe gebieden. Hoge concentraties van verontreinigingen kunnen giftig zijn voor planten.

4. Fytotransformatie:

Fytotransformatie, ook wel fytodegradatie genoemd, is de afbraak van organische verontreinigingen die door planten worden gesekwestreerd via: (1) metabolische processen in de plant; of (2) het effect van verbindingen, zoals enzymen, geproduceerd door de plant. De organische verontreinigingen worden afgebroken tot eenvoudiger verbindingen die worden geïntegreerd met plantenweefsel, die op hun beurt de groei van planten bevorderen. Herstel van een site door fytotransformatie is afhankelijk van directe opname van verontreinigingen uit de media en accumulatie in de vegetatie.

Het vrijkomen van vluchtige verontreinigingen in de atmosfeer via plantentranspiratie, fytovolatilisatie genaamd, is een vorm van fytotransformatie. Hoewel de overdracht van verontreinigingen naar de atmosfeer mogelijk niet het doel van volledige sanering bereikt, kan fytovolatilisatie wenselijk zijn omdat langdurige blootstelling aan grond en het risico van grondwaterverontreiniging worden verminderd.

toepasbaarheid:

Fytotransformatie kan worden toegepast voor het saneren van plaatsen die zijn verontreinigd met organische verbindingen. Bepaalde door planten geproduceerde enzymen zijn in staat om chloorhoudende oplosmiddelen (bijv. Trichloorethyleen), ammunitie-afval en herbiciden af ​​te breken en om te zetten. Deze technologie kan ook worden gebruikt voor het verwijderen van verontreinigingen uit petrochemische locaties en opslaggebieden, brandstofspillovering, stortplaatsen en landbouwchemicaliën.

Succesvolle implementatie van deze technologie vereist dat de getransformeerde verbindingen die zich in de plant ophopen niet-toxisch of significant minder toxisch zijn dan de moederverbindingen. In sommige toepassingen kan fytotransformatie worden gebruikt in combinatie met andere saneringstechnieken of als polijstbehandeling.

beperkingen:

Deze technologie vereist meestal dat meer dan één groeiseizoen efficiënt is. De bodem moet minder dan 3 ft diep zijn en grondwater binnen 10 ft van het oppervlak. Contaminanten kunnen nog steeds de voedselketen binnenkomen via dieren of insecten die plantaardig materiaal eten. Bodemaanpassingen kunnen nodig zijn, inclusief chelaatvormers om de opname van planten te vergemakkelijken door het verbreken van bindingen die verontreinigende stoffen binden aan bodemdeeltjes.

5. Rhizofiltratie:

Rhizofiltratie verwijst naar het gebruik van plantenwortels om toxische metalen uit verontreinigd grondwater te absorberen, te concentreren en neer te slaan. Aanvankelijk worden geschikte planten met stabiele wortelsystemen geleverd met vervuild water om de planten te acclimatiseren. Deze planten worden vervolgens overgebracht naar de verontreinigde locatie om de verontreinigingen te verzamelen en zodra de wortels verzadigd zijn, worden ze geoogst. Rhizofiltratie maakt in-situ behandeling mogelijk, waardoor verstoring van het milieu wordt geminimaliseerd.

toepasbaarheid:

Een geschikte plant voor rhizofiltratie-toepassingen kan giftige metalen uit een oplossing gedurende een langere periode met het snelgroeiende wortelstelsel verwijderen. Van verschillende plantensoorten is gevonden dat ze effectief giftige metalen verwijderen zoals Cu (2+), Cd (2+), Cr (6+), Ni (2+), Pb (2+) en Zn (2+) uit waterige oplossingen. Laag niveau radioactieve verontreinigingen kunnen ook uit vloeistofstromen worden verwijderd.

beperkingen:

Rhizofiltratie is vooral effectief in toepassingen waarbij lage concentraties en grote hoeveelheden water betrokken zijn. Planten die efficiënt zijn in het transloceren van metalen naar de scheuten, mogen niet worden gebruikt voor rhizofiltratie omdat meer vervuild plantaardig residu wordt geproduceerd.

6. Gebouwde Wetlands:

Gebouwde wetlands zijn ontworpen door de mens gemaakte ecosystemen die speciaal zijn ontworpen voor de behandeling van afvalwater, mijnafvoer en ander water door de biologische, fysische en chemische processen te optimaliseren die voorkomen in natuurlijke waterrijke systemen. Geconstrueerde wetlands kunnen zorgen voor een effectieve, economische en milieuvriendelijke behandeling van afvalwater en dienen ook als habitats voor wilde dieren.

Geconstrueerde wetland-systemen zijn gegroepeerd in drie hoofdtypen: vrij wateroppervlak (FWS), ondergrondse stromingssystemen (SFS) of waterplanten systemen (APS). FWS-systemen, of bodemsubstraatsystemen, bestaan ​​uit waterplanten die zijn geworteld in een bodemsubstraat binnen een geconstrueerd aarden bekken dat al dan niet bekleed kan zijn afhankelijk van de gronddoorlatendheid en vereisten voor grondwaterbescherming.

FWS-systemen zijn ontworpen om voorbehandeld afvalwater met lage snelheid, in propstroom, over de bodem van de grondmedia of op een diepte tussen 1 en 18 inch te accepteren. SFS zijn meestal grind substraat systemen die vergelijkbaar zijn met FWS systemen, echter, waterplanten worden geplant in grind of steenslag en afvalwater stroomt ongeveer 6 inch onder het oppervlak van de media.

Het aggregaat heeft meestal een diepte tussen 12 en 24 inch. Er is geen zichtbare oppervlaktestroom zichtbaar in SFS. APS lijkt ook op FWS-systemen, maar het water bevindt zich in diepere vijvers en er worden waterplanten met waterplanten of ondergedompelde planten gebruikt.

toepasbaarheid:

Geconstrueerde wetlands kunnen worden gebruikt voor de behandeling van gemeentelijk afvalwater, landbouwafvoer, mijnafvoer en ander afvalwater. Biochemische zuurstofbehoefte (BOD) en totale gesuspendeerde vaste stoffen (TSS) worden effectief verminderd door deze door de mens gemaakte waterrijke systemen.

beperkingen:

Technische richtlijnen voor het ontwerpen en gebruiken van aangelegde wetlands kunnen beperkt zijn vanwege het ontbreken van operationele langetermijngegevens. Potentiële seizoensvariabiliteit en impact op dieren in het wild kunnen een negatieve invloed hebben op de werking van het systeem en het beveiligen van vergunningen. Er zijn relatief grote percelen nodig en het waterverbruik is hoog vanwege de grote verdampingssnelheid.