Användning av växter för att avlägsna föroreningar från mark och grundvatten (fytormedieringstekniker)

Fytormediering avser användning av växter för att avlägsna föroreningar från mark och grundvatten, eller för att hjälpa till med nedbrytning av föroreningar i en mindre toxisk form.

Vissa växter kan extrahera och koncentrera specifika delar från miljön och därigenom erbjuda ett permanent medel för sanering. Växtvävnaden, som är rik på ackumulerade föroreningar, kan skördas och behandlas säkert.

Rening sker också när bakterier på växtens rötter bryter ned förorenande arter, eller när rötterna drar förorenad markfukt närmare ytan, exponerar förorenande arter till mikrober i en högre syreinnehållande miljö. Några av teknikerna presenteras i detta avsnitt. De är som följer:

1. Phytoextraktion:

Användningen av växter för att avlägsna föroreningar från miljön och koncentrera dem i ovanstående vävnader är känd som fytoextraktion.

Tillämplighet:

Phytoextraktion användes huvudsakligen för att återvinna tungmetaller från jordar, men denna teknik är nu tillämplig på andra material i olika medier. Växthusbaserade hydroponiska system som använder växter med högt förorenande rotupptagning och dålig translokation till skotten undersöks för närvarande för avlägsnande av tungmetaller och radionuklider från vatten.

Dessa växter kallas också hyperaccumulatorer. Växter med höga växthöjder (> 3 ton torrsubstans / hektarår) och förmågan att tolerera höga metallkoncentrationer i skörda delar av växterna (> 1000 mg / kg) behövs för genomförbar behandling.

begränsningar:

Effektiv extraktion av toxiska metaller med hyperaccumulatorer är begränsad till grunda djup på upp till 24 tum. Om föroreningar ligger på väsentligt större djup (t.ex. 6 till 10 fot), kan djuprotade poppelträd användas, men det finns oro för bladskräp och tillhörande giftiga rester.

Trots att de har älskvärda metallackumulerande egenskaper saknar nuvarande tillgängliga hyperaccumulatorer lämplig biomassaproduktion, fysiologisk anpassningsförmåga till varierande klimatförhållanden och anpassningsförmåga till nuvarande agronomiska tekniker.

2. Fytostabilisering:

Fytostabilisering innebär minskning av rörligheten för tungmetaller i marken. Immobilisering av metaller kan åstadkommas genom minskning av vindblåst damm, minimering av jorderosion och minskning av förorenande löslighet eller biotillgänglighet i livsmedelskedjan. Tillägg av markändringar, såsom organiskt material, fosfater, alkaliseringsmedel och biologiska fasta ämnen kan minska lösligheten av metaller i marken och minimera utlakning till grundvatten.

Mobiliteten av föroreningar reduceras genom ackumulering av föroreningar med växtrötter, absorption på rötter eller utfällning i rotzonen. I vissa fall kan hydraulisk kontroll för att förhindra lakatmigrering uppnås på grund av den stora mängden vatten som transpireras av växter.

Tillämplighet:

Användningen av fytostabilisering för att hålla metaller i sin nuvarande position är särskilt attraktiv när andra metoder för att rätta till storskaliga områden med liten förorening inte är möjliga. Avhjälpning är svår vid lokaliteter som har höga metaller koncentration på grund av mark toxicitet. Växter bör kunna tolerera höga halter av föroreningar, ha hög produktion av rotbiomassa med förmågan att immobilisera föroreningar och förmågan att hålla föroreningar i rötterna.

begränsningar:

Fytostabilisering är användbar vid platser med nedsatt förorening och där föroreningar är relativt låga. Växter som ackumulerar tungmetaller i rötterna och i rotszonen är vanligtvis effektiva vid djup på upp till 24 tum. Metaller som lätt kan transloceras till löv i växter kan begränsa användbarheten av fytostabilisering på grund av potentiella effekter på livsmedelskedjan.

3. Fytostimulering:

Fytostimulering, även kallad förstärkt rhizosfärens nedbrytning, rhizodegradation eller växtassisterad bioremediering / nedbrytning, är uppdelningen av organiska föroreningar i jorden via förbättrad mikrobiell aktivitet i växtrotszonen eller rhizosfären. Mikrobiell aktivitet stimuleras i rhizosfären på flera sätt: 1. Föreningar, såsom sockerarter, kolhydrater, aminosyror, acetater och enzymer, som utsöndras av rötterna berikar inhemska mikrobepopulationer; 2. Rotsystem leder syre till rhizosfären, vilket säkerställer aeroba omvandlingar; 3 finrot biomassa ökar tillgängligt organiskt kol 4. Mycorrhizae svampar, som växer inom rhizosfären, kan bryta ned organiska föroreningar som inte kan transformeras enbart av bakterier på grund av unika enzymatiska vägar. och 5. habitat för ökade mikrobiella populationer och aktivitet förbättras av växter.

Tillämplighet:

Denna metod är användbar för att avlägsna organiska föroreningar, såsom bekämpningsmedel, aromatiska ämnen och polynukleära aromatiska kolväten (PAH), från mark och sediment. Klorerade lösningsmedel har också riktats mot demonstrationsställen.

begränsningar:

Platser där fytostimulering ska genomföras bör ha låga nivåer av förorening i grunda områden. Höga halter av föroreningar kan vara giftiga för växter.

4. Fytotransformation:

Fytotransformation, även kallad fytodegradation, är nedbrytningen av organiska föroreningar som sekvestreras av växter via: (1) metaboliska processer inom växten; eller (2) effekten av föreningar, såsom enzymer, som produceras av växten. De organiska föroreningarna sönderdelas i enklare föreningar som är integrerade med växtvävnad, vilket i sin tur främjar växttillväxt. Främjande av en plats genom fytotransformation är beroende av direkt upptag av föroreningar från media och ackumulering i vegetationen.

Utsläpp av flyktiga föroreningar till atmosfären via växttranspiration, kallad fytovolatilisering, är en form av fytotransformation. Även om överföring av föroreningar till atmosfären inte kan uppnå målet om fullständig sanering, kan fytovolatilisering vara önskvärt vid den långvariga markexponeringen och risken för grundvattenföroreningar reduceras.

Tillämplighet:

Fytotransformation kan användas för att remediera platser som är förorenade med organiska föreningar. Vissa enzymer som produceras av växter kan brytas ned och omvandla klorerade lösningsmedel (t ex trikloretylen), ammunitionsavfall och herbicider. Denna teknik kan också användas för att avlägsna föroreningar från petrokemiska platser och lagringsområden, bränsleutsläpp, deponier och jordbruksmedel.

Framgångsrikt genomförande av denna teknik kräver att de transformerade föreningarna som ackumuleras i växten är icke-toxiska eller signifikant mindre giftiga än moderföreningarna. I vissa tillämpningar kan fytotransformation användas i samförstånd med annan saneringsteknik eller som polerbehandling.

begränsningar:

Denna teknik kräver vanligen mer än en växtsäsong för att vara effektiv. Marken måste vara mindre än 3 ft djup och grundvatten inom 10 ft av ytan. Föroreningar kan fortfarande komma in i livsmedelskedjan genom djur eller insekter som äter växtmaterial. Jordändringar kan krävas, inklusive kelatbildande medel för att underlätta växtupptagning genom att bryta bindande bindande föroreningar till jordpartiklar.

5. Rhizofiltrering:

Rhizofiltrering avser användning av växtrötter för att absorbera, koncentrera och fälla ut giftiga metaller från förorenat grundvatten. Inledningsvis levereras lämpliga växter med stabila rotsystem med förorenat vatten för att acclimate växterna. Dessa växter överförs sedan till den förorenade platsen för att samla föroreningarna, och när rötterna är mättade skördas de. Rhizofiltrering möjliggör in situ behandling, vilket minimerar störningar i miljön.

Tillämplighet:

En lämplig anläggning för rhizofiltreringsapplikationer kan avlägsna giftiga metaller från lösning under en längre tidsperiod med sitt snabbväxande rotsystem. Olika växtarter har visat sig effektivt avlägsna giftiga metaller såsom Cu (2+), Cd (2+), Cr (6+), Ni (2+), Pb (2+) och Zn (2+) från vattenhaltiga Lågnivå radioaktiva föroreningar kan också tas bort från flytande strömmar.

begränsningar:

Rhizofiltrering är särskilt effektiv i applikationer där låga koncentrationer och stora volymer vatten är inblandade. Växter som är effektiva vid översättande metaller till skotten bör inte användas för rhizofiltrering eftersom mer förorenad växtrest produceras.

6. Konstruerade våtmarker:

Konstruerade våtmarker är konstruerade, konstgjorda ekosystem speciellt utformade för att behandla avloppsvatten, minedränering och andra vatten genom optimering av biologiska, fysiska och kemiska processer som uppträder i naturliga våtmarkssystem. Konstruerade våtmarker kan tillhandahålla effektiv, ekonomisk och miljövänlig behandling av avloppsvatten samt tjäna som livsmiljöer.

Konstruerade våtmarkssystem är indelade i tre huvudtyper: fria vattenytor (FWS), ytflödessystem (SFS) eller vattenlevande anläggningssystem (APS). FWS-system, eller jordsubstratsystem, består av vattenväxter rotade i ett jordsubstrat inom ett konstruerat jordbassäng som eventuellt kan fodras beroende på jordens permeabilitet och krav på grundvattenskydd.

FWS-system är utformade för att acceptera preliminärt behandlad avloppsvatten med låg hastighet, i pluggflöde, över toppen av markmediet eller vid ett djup mellan 1 och 18 tum. SFS är typiskt grusunderlagssystem som liknar FWS-system, men akvatisk vegetation planteras i grus eller krossat sten och avloppsvatten strömmar ungefär 6 tum nedanför mediaytan.

Aggregatet har vanligtvis ett djup mellan 12 och 24 tum. Inga synliga ytflöden framgår av SFS. APS liknar även FWS-system, men vattnet ligger i djupare dammar och vattenlevande vattenlevande växter eller nedsänkta växter används.

Tillämplighet:

Konstruerade våtmarker kan användas för att behandla kommunalt avloppsvatten, jordbruksavrinning, minedränering och andra avloppsvatten. Biokemisk syreförbrukning (BOD) och totalt suspenderat fast ämne (TSS) reduceras effektivt av dessa konstgjorda våtmarkssystem.

begränsningar:

Teknisk vägledning för konstruktion och drift av konstruerade våtmarker kan vara begränsad på grund av brist på långsiktiga driftsdata. Potentiell säsongsmässig variation och påverkan på vilda djur kan påverka systemoperationen och säkerställandet av tillstånd negativt. Relativt stora arealer krävs och vattenförbrukningen är hög på grund av stora evapotranspirationshastigheter.