Kirletici Maddelerin Toprak ve Yeraltı Sularından Giderilmesi İçin Bitki Kullanımı (Fitoremediasyon Teknikleri)

Fitoremediasyon, bitkileri kirletici maddeleri topraktan ve yeraltı suyundan uzaklaştırmak veya kirleticilerin daha az toksik bir formasyona indirgenmesine yardımcı olmak için kullanılması anlamına gelir.

Bazı bitkiler çevreden belirli elementleri çıkarabilir ve konsantre edebilir, böylece kalıcı bir iyileştirme aracı sunar. Birikmiş kirletici maddeler bakımından zengin bitki dokusu hasat edilebilir ve güvenli bir şekilde işlenebilir.

İyileştirme aynı zamanda bitkinin kökleri üzerindeki bakteriler kirletici türleri bozduğunda veya kökler yüzeye daha yakın olan kirlenmiş toprak nemi çektiğinde, kirletici türleri daha yüksek oksijen içeren bir ortamda mikroplara maruz bırakırken meydana gelir. Tekniklerin bazıları bu bölümde sunulmaktadır. Bunlar aşağıdaki gibidir:

1. Fitoekstraksiyon:

Kirleticileri ortamdan uzaklaştırmak ve onları yer üstü bitki dokusunda konsantre etmek için bitkilerin kullanılması fitoekstraksiyon olarak bilinir.

Uygulanabilirlik:

Fito-ekstraksiyon esas olarak ağır metalleri topraklardan geri kazanmak için kullanılmıştır, ancak bu teknoloji artık farklı ortamlardaki diğer malzemeler için de uygulanabilir. Ağır metallerin ve radyonüklidlerin sudan çıkarılması için yüksek kirletici kök alımına sahip bitkilerin kullanıldığı ve sürgünlere zayıf translokasyonlu sera bazlı hidroponik sistemler halen araştırılmaktadır.

Bu bitkilere ayrıca hiperakerkülatörler de denir. Yüksek büyüme oranlarına sahip (> 3 ton kuru madde / hektar-yıl) ve bitkilerin harmanlanabilir kısımlarında (> 1, 000 mg / kg) yüksek metal konsantrasyonlarını tolere etme kabiliyetine sahip bitkilere uygulanabilir işlem için ihtiyaç duyulur.

Sınırlamalar:

Toksik metallerin hiperakcumülatörler tarafından etkili şekilde çıkarılması, 24 inç'e kadar sığ toprak derinlikleriyle sınırlıdır. Kirlenme esasen daha büyük derinliklerde ise (örneğin, 6 ila 10 feet), derin köklü kavak ağaçları kullanılabilir, ancak yaprak çöpü ve buna bağlı toksik artıklar hakkında endişe duyulur.

Müsait metal biriktirme özelliklerine sahip olmasına rağmen, şu anda mevcut olan hiperkomülatörler uygun biyokütle üretimi, değişen iklim koşullarına fizyolojik adaptasyon ve mevcut agronomik tekniklere adaptasyon yeteneğinden yoksundur.

2. Fitostabilizasyon:

Fitostabilizasyon, ağır metallerin topraktaki hareketliliğinin azaltılmasını içerir. Metallerin immobilizasyonu, rüzgâr üflemeli tozun azaltılması, toprak erozyonunun en aza indirilmesi ve kirletici madde çözünürlüğünün veya besin zincirine biyolojik olarak kullanılabilirliğinin azaltılması ile gerçekleştirilebilir. Organik madde, fosfatlar, alkalize edici maddeler ve biyo-katı maddeler gibi toprak değişikliklerinin eklenmesi, metallerin toprakta çözünürlüğünü azaltabilir ve yer altı sularına sızmayı en aza indirebilir.

Kirleticilerin hareketliliği, bitki kökleri tarafından kirleticilerin birikmesi, köklere absorpsiyon veya kök bölgesi içinde çökelme ile azalır. Bazı durumlarda, sızıntı suyunun göç etmesini önleyen hidrolik kontrol, bitkiler tarafından yayılan yüksek miktarda su nedeniyle sağlanabilir.

Uygulanabilirlik:

Metalleri mevcut konumlarında tutmak için fito-stabilizasyon kullanımı, düşük kirliliğe sahip büyük ölçekli alanları düzeltmek için başka yöntemler uygun olmadığında özellikle çekicidir. Toprağın toksisitesi nedeniyle metal konsantrasyonları yüksek olan yerlerde ıslah zordur. Bitkiler, yüksek düzeyde kirletici maddelere tolerans gösterebilmeli, kirleticileri hareketsiz hale getirme kabiliyetine sahip kök biyokütle üretimine ve kirleticileri köklerde tutma yeteneğine sahip olmalıdır.

Sınırlamalar:

Fitostabilizasyon, sığ kirlenme bulunan alanlarda ve kirlenmenin nispeten düşük olduğu yerlerde yararlıdır. Köklerde ve kök bölgesinde ağır metal biriktiren bitkiler tipik olarak 24 inç derinliğe kadar etkilidir. Bitkilerde yapraklara kolayca yer değiştiren metaller, besin zincirindeki potansiyel etkiler nedeniyle bitki stabilizasyonunun uygulanabilirliğini sınırlayabilir.

3. Fitostimülasyon:

Ayrıca, gelişmiş rizosfer biyobozunması, rizodegradasyon veya bitki destekli biyoremediasyon / degradasyon olarak da adlandırılan fitostimülasyon, bitki kök bölgesinde veya rizosferde arttırılmış mikrobiyal aktivite ile topraktaki organik kirletici maddelerin parçalanmasıdır. Mikrobiyal aktivite, rizosferde birkaç yolla uyarılır: 1. şekerler, karbonhidratlar, amino asitler, asetatlar ve enzimler gibi bileşikler, yerli mikrop popülasyonlarını zenginleştirir; 2. Kök sistemleri, aerobik dönüşümleri sağlayan rizosfere oksijen getirir; 3 ince kök biyokütle mevcut organik karbonu artırır; 4. Rizosferde yetişen mikoriza mantarları, eşsiz enzimatik yollar nedeniyle yalnızca bakteri tarafından dönüştürülemeyen organik kirleticileri bozabilir; ve 5. Mikrobiyal popülasyonların ve aktivitenin artması için habitat, bitkiler tarafından güçlendirilir.

Uygulanabilirlik:

Bu yöntem, pestisitler, aromatikler ve polinükleer aromatik hidrokarbonlar (PAH'lar) gibi organik kirleticilerin, toprak ve sedimanlardan uzaklaştırılmasında yararlıdır. Klorlanmış çözücüler de gösteri alanlarında hedeflenmiştir.

Sınırlamalar:

Fitostimülasyonun uygulanacağı yerler, sığ alanlarda düşük kontaminasyon seviyelerine sahip olmalıdır. Yüksek düzeyde kirletici maddeler bitkiler için toksik olabilir.

4. Fitotransformasyon:

Aynı zamanda fito parçalanma olarak da adlandırılan fitotransformasyon, aşağıdakiler yoluyla bitkilerin tuttuğu organik kirleticilerin parçalanmasıdır: (1) bitki içindeki metabolik işlemler; veya (2) bitki tarafından üretilen enzimler gibi bileşiklerin etkisi. Organik kirletici maddeler bitki dokusuyla bütünleştirilen daha basit bileşikler halinde ayrışır, bu da bitki büyümesini teşvik eder. Bir sitenin fitotransformasyonla iyileştirilmesi, ortamdan kirletici maddelerin doğrudan alımına ve vejetasyondaki birikimine bağlıdır.

Bitkisel kirletici maddelerin atmosfere, fitovolatilizasyon adı verilen bitki terlemesi yoluyla atılması, bir fitotransformasyon şeklidir. Kirleticilerin atmosfere devri, tamamen iyileştirme hedefine ulaşamamasına rağmen, uzun süreli toprağa maruz kalma ve yer altı suyunun kirlenme riskinin azaltılmasında fitovolatilizasyon arzu edilebilir.

Uygulanabilirlik:

Fitotransformasyon, organik bileşiklerle kontamine olmuş bölgeleri düzeltmek için kullanılabilir. Bitkiler tarafından üretilen bazı enzimler, klorlu çözücüleri (örneğin, trikloretilen), mühimmat atıklarını ve herbisitleri parçalayabilir ve dönüştürebilir. Bu teknoloji ayrıca, petrokimya alanlarından ve depolama alanlarından, yakıt dökülmelerinden, çöp depolama alanlarından ve tarımsal kimyasal maddelerden kirleticileri çıkarmak için de kullanılabilir.

Bu teknolojinin başarılı bir şekilde uygulanması, bitki içinde biriken dönüştürülmüş bileşiklerin ana bileşiklerden toksik olmamasını veya önemli ölçüde daha az toksik olmasını gerektirir. Bazı uygulamalarda, fitotransformasyon diğer iyileştirme teknolojileriyle uyum içinde veya bir parlatma işlemi olarak kullanılabilir.

Sınırlamalar:

Bu teknoloji genellikle verimli olması için birden fazla büyüme mevsimi gerektirir. Toprak, yüzeyden 10 ft içinde derinlik ve yer altı sularından 3 ft'den daha az olmalıdır. Kirletici maddeler, besin zincirine hala, bitki materyali yiyen hayvanlar veya böcekler yoluyla girebilir. Kirletici maddeleri toprak parçacıklarına bağlayarak bağları kırarak bitki alımını kolaylaştırmak için çelatlama ajanları dahil olmak üzere toprak değişikliği gerekebilir.

5. Rizofiltrasyon:

Rhizofiltration, kirlenmiş yeraltı sularından toksik metalleri emmek, konsantre etmek ve çökeltmek için bitki köklerinin kullanılmasını ifade eder. Başlangıçta, stabil kök sistemine sahip uygun bitkiler, bitkileri iklimlendirmek için kirli su ile beslenir. Bu bitkiler daha sonra kirleticileri toplamak için kirlenmiş bölgeye aktarılır ve kökler doygun hale getirildikten sonra toplanırlar. Rhizofiltration, çevreye zarar vermeyi en aza indirerek yerinde işlem yapılmasını sağlar.

Uygulanabilirlik:

Rizofiltrasyon uygulamaları için uygun bir bitki, hızlı büyüme kök sistemi ile uzun süre boyunca toksik metalleri çözeltiden çıkarabilir. Cu (2+), Cd (2+), Cr (6+), Ni (2+), Pb (2+) ve Zn (2+) gibi toksik metalleri suludan etkili bir şekilde çıkardığı çeşitli bitki türlerinin bulunduğu tespit edilmiştir. Solüsyonlar. Düşük seviyeli radyoaktif kirletici maddeler ayrıca sıvı akışlarından da çıkarılabilir.

Sınırlamalar:

Rhizofiltration, özellikle düşük konsantrasyonlarda ve çok miktarda su içeren uygulamalarda etkilidir. Metallerin sürgünlere translokasyonunda verimli olan bitkiler, daha fazla kirli bitki kalıntısı üretildiği için, rizofiltrasyon için kullanılmamalıdır.

6. İnşa Edilen Sulak Alanlar:

Oluşturulan sulak alanlar, doğal sulak alanlarda oluşan biyolojik, fiziksel ve kimyasal prosesleri optimize ederek atık su, maden drenajı ve diğer suları arıtmak için özel olarak tasarlanmış, insan yapımı ekosistemlerdir. Yapılan sulak alanlar, atık suların etkili, ekonomik ve çevresel olarak arıtılmasını sağlamanın yanı sıra yaban hayatı yaşam alanı olarak da hizmet verebilir.

Yapılan sulak alan sistemleri üç ana gruba ayrılır: serbest su yüzeyi (FWS), yer altı akış sistemleri (SFS) veya su bitkileri sistemleri (APS). FWS sistemleri veya toprak substrat sistemleri, toprak geçirgenliğine ve yeraltı suyu koruma gerekliliklerine bağlı olarak astarlanmış veya astarlanmamış bir toprak alt katmanında kökleşmiş su bitkilerinden oluşur.

FWS sistemleri, ön arıtılmış, düşük hızlı atık suları, tapa akışında, toprak ortamının üstünden veya 1 ila 18 inç arasındaki bir derinlikte kabul edecek şekilde tasarlanmıştır. SFS tipik olarak FWS sistemlerine benzer çakıl substrat sistemleridir, ancak suda yaşayan bitki örtüsü çakıl veya ezilmiş taşa ekilir ve atık su ortamın yüzeyinin yaklaşık 6 inç altına akar.

Toplam tipik olarak 12 ila 24 inç arasında bir derinliğe sahiptir. SFS'de görünür bir yüzey akışı belirgin değildir. APS, FWS sistemlerine de benzer, ancak su daha derin havuzlarda bulunur ve suda yüzen su bitkileri veya su altı bitkileri kullanılır.

Uygulanabilirlik:

Oluşturulan sulak alanlar, belediye atık sularını, tarım akışını, maden drenajını ve diğer atık suları arıtmak için kullanılabilir. Biyokimyasal oksijen ihtiyacı (BOİ) ve toplam askıda kalan katı maddeler (TSS) bu insan yapımı sulak alan sistemleri tarafından etkili bir şekilde azaltılır.

Sınırlamalar:

İnşa edilmiş sulak alanların tasarlanması ve işletilmesi için teknik rehberlik, uzun vadeli operasyonel verilerin bulunmamasından dolayı sınırlı olabilir. Potansiyel mevsimsel değişkenlik ve yaban hayatı üzerindeki etki, sırasıyla sistemin çalışmasını ve izinlerin korunmasını olumsuz yönde etkileyebilir. Nispeten büyük parsellere ihtiyaç duyulur ve yüksek buharlaşma oranları nedeniyle su tüketimi yüksektir.