Augalų pašalinimas iš dirvožemio ir požeminio vandens (Phytoremediation Techniques)

Phytoremediation reiškia augalų naudojimą, kad pašalintų teršalus iš dirvožemio ir požeminio vandens, arba padėti mažinti teršalų susidarymą iki mažiau toksiškos formos.

Kai kurie augalai gali išskirti ir susikoncentruoti tam tikrus elementus iš aplinkos, tokiu būdu siūlydami nuolatines ištaisymo priemones. Augalinis audinys, turintis daug sukauptų teršalų, gali būti nuimamas ir saugiai apdorojamas.

Ištaisymas taip pat vyksta tada, kai bakterijos ant augalo šaknų mažina teršalų rūšis, arba kai šaknys užteršia grunto drėgmę arčiau paviršiaus, o užterštoms rūšims mikrobams kelia didesnę deguonį turinčią aplinką. Kai kurie metodai pateikti šiame skyriuje. Jie yra tokie:

1. Fitoekstrakcija:

Augalų naudojimas teršalų pašalinimui iš aplinkos ir jų koncentravimas į viršutinį augalų audinį vadinamas fitoekstrakcija.

Taikymas:

Fitoekstrakcija visų pirma buvo naudojama sunkiųjų metalų atgavimui iš dirvožemio, tačiau ši technologija dabar taikoma kitoms medžiagoms skirtingose ​​terpėse. Šiuo metu tiriamos šiltnamio efektą sukeliančios hidroponinės sistemos, kuriose naudojami augalai, turintys didelį užterštumo šaknį, ir silpnas perkėlimas į ūglius, siekiant pašalinti sunkiuosius metalus ir radionuklidus iš vandens.

Šie augalai taip pat vadinami hiperakumuliatoriais. Praktiniam gydymui reikalingi augalai, turintys didelį augimo tempą (> 3 tonos sausosios medžiagos per hektarą metų) ir gebėjimas toleruoti dideles metalo koncentracijas derliaus dalyse (> 1000 mg / kg).

Apribojimai:

Efektyvus nuodingų metalų ekstrahavimas hiperakumuliatoriais apsiriboja tik iki 24 colių dirvožemio gylimis. Jei užterštumas yra gerokai didesnis (pvz., Nuo 6 iki 10 pėdų), galima naudoti giliai įsišaknijusius tuopus, tačiau yra susirūpinimas dėl lapų kraiko ir susijusių toksinių likučių.

Nepaisant mėgstamų metalo kaupimosi savybių, šiuo metu turimiems hiperakumuliatoriams trūksta tinkamos biomasės gamybos, fiziologinio prisitaikymo prie skirtingų klimato sąlygų ir prisitaikymo prie dabartinių agronominių metodų.

2. Fitostabilizacija:

Fitostabilizacija apima sunkiųjų metalų judėjimo dirvožemyje mažinimą. Metalų imobilizavimas gali būti atliekamas sumažinant vėjo prapūtimo dulkes, sumažinant dirvožemio eroziją ir mažinant teršalų tirpumą arba biologinį prieinamumą maisto grandinei. Įterpiant dirvožemio pakeitimus, pvz., Organines medžiagas, fosfatus, šarmines medžiagas ir biologines medžiagas, gali sumažėti metalų tirpumas dirvožemyje ir sumažinamas išplovimas į požeminį vandenį.

Teršalų mobilumą mažina augalų šaknų teršalų kaupimas, absorbcija į šaknis arba krituliai šaknų zonoje. Kai kuriais atvejais galima pasiekti hidraulinį valdymą, kad būtų išvengta išplovimo migracijos dėl didelio vandens kiekio, kurį patiria augalai.

Taikymas:

Fytostabilizacijos naudojimas siekiant išlaikyti metalus dabartinėje vietoje yra ypač patrauklus, kai neįmanoma atlikti kitų būdų, kaip ištaisyti didelio masto teritorijas, turinčias mažą užterštumą. Dėl dirvožemio toksiškumo vietose, kuriose yra didelė metalų koncentracija, yra sunku išvalyti. Augalai turėtų sugebėti toleruoti didelį teršalų kiekį, turėti didelę šaknų biomasės gamybą ir sugebėjimą imobilizuoti teršalus bei gebėjimą laikyti teršalus šaknis.

Apribojimai:

Fitostabilizacija yra naudinga vietose, kuriose užteršta nedidelė tarša ir kurioje užterštumas yra palyginti mažas. Augalai, kaupiantys sunkiuosius metalus šaknis ir šaknų zoną, paprastai yra veiksmingi iki 24 colių gylyje. Metalai, kurie lengvai perkeliami į augalus, gali apriboti fitostabilizacijos taikymą dėl galimo poveikio maisto grandinei.

3. Fitostimuliacija:

Fitostimuliacija, taip pat vadinama sustiprinta rizosferos biologiniu skaidymu, rizodegradacija arba augaliniu bioremediatoriumi / degradacija, yra organinių teršalų skilimas dirvožemyje, padidinus mikrobų aktyvumą augalų šaknų zonoje arba rizosferoje. Mikroskopinis aktyvumas stimuliuojamas rizosferoje keliais būdais: 1. junginiai, pvz., Cukrūs, angliavandeniai, amino rūgštys, acetatai ir fermentai, kuriuos išskiria šaknys, praturtina vietines mikrobų populiacijas; 2. šaknų sistemos atneša deguonį į rizosferą, užtikrinančią aerobinius pokyčius; 3 smulkių šaknų biomasė padidina turimą organinę anglies kiekį; 4. mikroschemos grybai, kurie auga rizosferoje, gali degraduoti organinius teršalus, kurių negali transformuoti tik bakterijos dėl unikalių fermentinių takų; ir 5. augalai padidina mikroorganizmų populiacijos ir aktyvumo buveinę.

Taikymas:

Šis metodas yra naudingas šalinant organinius teršalus, tokius kaip pesticidai, aromatiniai ir poliaukriniai aromatiniai angliavandeniliai (PAH) iš dirvožemio ir nuosėdų.

Apribojimai:

Vietose, kuriose turi būti įdiegta fitostimuliacija, turi būti mažas užterštumas sekliose vietose. Didelis teršalų kiekis gali būti toksiškas augalams.

4. Fitotransformacija:

Fitotransformacija, taip pat vadinama fitodegradacija, yra organinių teršalų, suskaidytų augaluose, suskirstymas per: (1) augalo metabolinius procesus; arba 2) augalo gaminamų junginių, pvz., fermentų, poveikis. Organiniai teršalai skaidomi į paprastesnius junginius, kurie yra integruoti į augalų audinius, o tai savo ruožtu skatina augalų augimą. Vietos atkūrimas fitotransformacijos būdu priklauso nuo tiesioginio teršalų įsisavinimo iš terpės ir kaupimosi augmenijoje.

Lakiųjų teršalų išsiskyrimas į atmosferą per augalų perpylimą, vadinamas fitoviliacija, yra fitotransformacijos forma. Nors teršalų perkėlimas į atmosferą negali pasiekti tikslo visiškai išvalyti, gali būti pageidautina, kad fitovoliacizacija būtų sumažinta, nes sumažėtų ilgalaikis dirvožemio poveikis ir gruntinio vandens taršos rizika.

Taikymas:

Fitotransformacija gali būti panaudota vietoms, užterštoms organiniais junginiais, ištaisyti. Tam tikri augalų gaminami fermentai gali sugadinti ir konvertuoti chlorintus tirpiklius (pvz., Trichloretileną), šaudmenų atliekas ir herbicidus. Ši technologija taip pat gali būti naudojama teršalų pašalinimui iš naftos chemijos objektų ir saugyklų, degalų išsiliejimų, sąvartynų išplovimo ir žemės ūkio chemikalų.

Sėkmingai įgyvendinus šią technologiją, transformuotuose junginiuose, kurie kaupiasi augale, turi būti netoksiški arba žymiai mažiau toksiški, kaip pagrindiniai junginiai. Kai kuriais atvejais fitotransformacija gali būti naudojama kartu su kitomis valymo technologijomis arba kaip poliravimo procedūra.

Apribojimai:

Šiai technologijai paprastai reikia daugiau nei vieno auginimo sezono. Dirvožemis turi būti mažesnis nei 3 pėdos ir požeminis vanduo turi būti 10 pėdų atstumu nuo paviršiaus. Teršalai gali patekti į maisto grandinę per gyvūnus ar vabzdžius, kurie valgo augalinę medžiagą. Gali būti reikalingi dirvožemio pakeitimai, įskaitant chelatinius agentus, kurie palengvina augalų įsisavinimą, laužant rišamąsias medžiagas į dirvožemio daleles.

5. Rhizofiltracija:

Rizofiltracija reiškia augalų šaknų naudojimą, kad būtų užteršti, koncentruoti ir nusodinti toksiški metalai iš užteršto požeminio vandens. Iš pradžių tinkami augalai su stabiliomis šaknų sistemomis tiekiami užterštu vandeniu augalų aklimatizavimui. Tuomet šie augalai perkeliami į užterštą vietą, kad surenktų teršalus, ir kai šaknys yra prisotintos, jos yra nuimamos. Rhizofiltracija leidžia in-situ apdorojimą, sumažindama aplinkos trikdžius.

Taikymas:

Tinkamas augalų rizofiltracijos įrenginys ilgą laiką gali pašalinti toksiškus metalus iš greito augimo šaknų sistemos. Nustatyta, kad įvairios augalų rūšys veiksmingai pašalina toksiškus metalus, tokius kaip Cu (2+), Cd (2+), Cr (6+), Ni (2+), Pb (2+) ir Zn (2+), iš vandens sprendimai dėl skysčių srautų gali būti pašalinti ir mažai radioaktyviųjų teršalų.

Apribojimai:

Rizofiltracija yra ypač veiksminga tose srityse, kuriose yra maža koncentracija ir didelis vandens kiekis. Augalai, kurie efektyviai perkelia metalus į ūglius, neturėtų būti naudojami rizofiltracijai, nes susidaro daugiau užterštų augalų likučių.

6. Sukurtos šlapynės:

Sukurtos šlapynės yra sukurtos žmogaus sukeltos ekosistemos, specialiai sukurtos nuotekoms, kasykloms ir kitiems vandenims valyti, optimizuojant biologinius, fizinius ir cheminius procesus, vykstančius natūralių šlapžemių sistemose. Pastatytos šlapynės gali užtikrinti efektyvų, ekonomišką ir aplinką tausojantį nuotekų valymą, taip pat tarnauti kaip laukinės gamtos buveinės.

Pastatytos šlapžemių sistemos suskirstytos į tris pagrindinius tipus: laisvo vandens paviršių (FWS), požeminio srauto sistemas (SFS) arba vandens augalų sistemas (APS). FWS sistemos arba dirvožemio substratų sistemos susideda iš vandens augalų, įsišaknijusių į dirvožemio substratą pastatytoje žemių baseine, kuris gali būti arba negali būti pamušalas priklausomai nuo dirvožemio pralaidumo ir požeminio vandens apsaugos reikalavimų.

FWS sistemos yra suprojektuotos priimti išankstinio apdorojimo, mažo greičio nuotekas, kištuko srautą, virš dirvos terpės viršaus arba 1–18 colių gylyje. SFS paprastai yra žvyro substratų sistemos, panašios į FWS sistemas, tačiau vandens augmenija yra sodinama žvyro ar susmulkinto akmens, o nuotekos teka maždaug 6 cm žemiau terpės paviršiaus.

Paprastai agregato gylis yra nuo 12 iki 24 colių. Nėra matomo paviršiaus srauto SFS .APS taip pat yra panašūs į FWS sistemas, tačiau vanduo yra gilesnėse tvenkinėse, o vandens plūduriuojantiems vandens augalams arba panardintiems augalams.

Taikymas:

Pastatytos šlapžemės gali būti naudojamos komunalinėms nuotekoms, žemės ūkio nuotėkiui, kasyklų drenažui ir kitoms nuotekoms valyti. Biocheminis deguonies poreikis (BOD) ir visos suspenduotos kietosios medžiagos (TSS) efektyviai sumažinamos šitomis žmogaus sukurtomis šlapžemių sistemomis.

Apribojimai:

Dėl ilgalaikių eksploatacinių duomenų stokos techninės rekomenduojamos pastatytų šlapžemių projektavimo ir eksploatavimo gairės gali būti ribotos. Galimas sezoninis kintamumas ir poveikis laukinei gamtai gali neigiamai paveikti sistemos veikimą ir leidimų apsaugą. Reikalingi santykinai dideli žemės sklypai, o vandens suvartojimas yra didelis dėl didelio garavimo greičio.