Advertisement
Fitoremediacja wobec gleb skażonych
Fitoremediacja jest metodą oczyszczania zanieczyszczonych i skażonych matryc środowiskowych - wody i gleby, a także powietrza, wykorzystująca rośliny wyższe. Termin "phytoremediation", który swobodnie można przetłumaczyć na język polski jako fitoremediacja (fito- od gr. phytón roślina, ang. remedy - środek zaradczy, lek), jest terminem stosunkowo nowym, choć wykorzystanie roślin do oczyszczania środowiska jest pomysłem mającym swoje początki już w XVII wieku.

Image
Fot. 1. Tobołek alpejski
(Thlaspi caerulescens).


Image
Fot. 2. Gorczyca sarepska
(Brassica juncea)


Image
Fot. 3. Sebertia acuminata

Image

Image

Image

Image

Image
Fitoremediacja, w naszym kraju ciesząca się niestety wciąż niewielką popularnością, jako metoda sanacji terenów zdegradowanych, doceniana jest choćby w USA, gdzie przeprowadzono wiele badań dotyczących przydatności fitoremediacji dla różnego rodzaju zanieczyszczeń. Pomimo podstawowej niedogodności, jaką jest stosunkowo długi czas uzyskiwania efektów oczyszczania, stosowanie tej metody może być korzystne i opłacalne ze względu na szereg jej zalet, do których niewątpliwie należą:
  • minimalna inwazyjność na środowisko oraz walory estetyczne,
  • prostota i niewielkie wymagania sprzętowe,
  • niewielkie nakłady kapitałowe w odniesieniu do innych metod oczyszczania,
  • wysoka efektywność i skuteczność działania dla wybranych substancji.
Wymagany czas uzyskiwania efektów oczyszczania związany jest rozwojem roślin, a więc z okresami wegetacyjnymi, a tym samym pośrednio z warunkami klimatycznymi.
Posługując się językiem niespecjalistycznym, można powiedzieć, że oczyszczanie środowiska za pomocą fitoremediacji polega na:
  • składowaniu przez roślinę szkodliwych substancji w korzeniach, liściach i łodygach (fitoekstrakcja, fitoakumulacja),
  • przetwarzaniu bardziej szkodliwych substancji, w wyniku procesów zachodzących w roślinach, w mniej szkodliwe (fitodegradacja, rizodegradacja),
  • przenoszeniu podczas ?oddychania? rośliny zanieczyszczeń z gleby lub wody do powietrza (fitowolatalizacja),
  • także organizmy (bakterie, owady) żyjące w pobliżu roślin, np. przy ich korzeniach, mogą spełniać rolę w oczyszczaniu środowiska (rizodegradacja, rizofiltracja, fitostabilizacja).
Mechanizm fitoremediacji opiera się na wykorzystaniu trzech typów fizjologicznej odpowiedzi roślin wobec obecnych w środowisku substancji. Jest to wykluczanie, akumulacja oraz hiperakumulacja. Zależność zawartości substancji w roślinie od zawartości tejże substancji w glebie dla poszczególnych typów fizjologicznej odpowiedzi roślin obrazuje rys. 1.
W obrębie fitoremediacji wyróżnia się szereg kierunków technologicznych. Występują one pod następującymi nazwami:
  • fitodegradacja,
  • fitoekstrakcja,
  • fitostabilizacja,
  • fitowolatalizacja,
  • rizofiltracja (woda),
  • rizodegradacja,
Techniki fitoremediacyjne działają na trzech różnych tzw. poziomach detoksykacji nagromadzonych w środowisku zanieczyszczeń. Detoksykacja substancji szkodliwych w matrycy glebowej następuje w procesach fitostabilizacji, rizofiltracji i rizodegradacji. Z kolei techniki fitodegradacji, fitoekstrakcji, a także rizofiltracji (detoksykacja na dwóch poziomach) opierają się na unieszkodliwieniu niepożądanych substancji w tkance roślinnej. Neutralizacja zanieczyszczeń w atmosferze zachodzi w procesie fitowolatalizacji. Podział ten obrazuje schemat na rys. 2.
Fitodegradacja polega na rozkładzie substancji organicznych przez rośliny i związane z nimi mikroorganizmy. Podobny mechanizm występuje w procesie rizodegradacji, jednakże tutaj zachodzi on przede wszystkim w strefie korzeniowej rośliny. Techniki te mają zastosowanie przy oczyszczaniu terenów zanieczyszczonych substancjami organicznymi, które podlegają aktywnej biologicznej degradacji i przekształceniu w inne proste i nieuciążliwe związki chemiczne. Poza stwarzaniem optymalnych warunków życia dla mikroorganizmów prowadzących biodegradację korzystnym działaniem organizmów roślinnych w tych oraz pozostałych procesach fitoremediacji jest stabilizacja terenu zabezpieczająca go przed erozją, a także transpiracja uniemożliwiająca migrację zanieczyszczeń do głębszych warstw gleby.
Fitodegradacja znalazła zastosowanie do oczyszczania terenów zanieczyszczonych związkami ropopochodnymi, pozostałościami substancji wybuchowych, chlorowcopochodnymi węglowodorów, herbicydami oraz innymi grupami związków organicznych. Wykorzystywane są tu takie rośliny, jak np. mieszańcowa wierzba czy mieszańcowa topola. Mechanizm fitodegradacji przedstawia rys. 3.
Fitoekstrakcja, zwana także fitoakumulacją, wykorzystywana jest do oczyszczania gleby z zanieczyszczeń nieorganicznych, głównie metali ciężkich. Mechanizm działania tego procesu polega na pobieraniu przez korzenie roślin obecnych w glebie zanieczyszczeń metalicznych, a następnie ich translokacji w roślinie i magazynowaniu w organach nadziemnych. Schemat ideowy procesu fitoekstrakcji pokazuje rys. 4.
Zjawisko pobierania i kumulowania przez rośliny substancji (metali ciężkich) w ilościach znacznie przewyższających ich stężenie w środowisku (glebie) nosi nazwę hiperakumulacji. Rośliny hiperakumulatorowe, czyli takie, które zdolne są do akumulacji w organizmie bardzo dużych ilości metali ciężkich w ilościach przekraczających dla Cd > 100 mg, Ni, Cu >1000 mg, Pb > 800 mg, Mn, Zn > 10000 mg w kg suchej masy, nie stanowią zwartej grupy systematycznej. Do tej pory odkryto i opisano ok. 400 gatunków hiperakumulatorów. Na terenie Europy należą one do dwóch rodzajów: smogliczki (Alyssum) oraz tobołki (Thlaspi) i wykazują zdolności hiperakumulacyjne w stosunku do Ni, Zn, Pb i Cd. Przykładem jest tobołek alpejski (Thlaspi caerulescens - fot. 1). Innymi przykładami roślin-hiperakumulatorów są gorczyca sarepska (Brassica juncea - fot. 2), a także Sebertia acuminata - drzewo z Nowej Kaledonii będące hiperakumulatorem niklu (sok zawiera ok. 11 % wagowych Ni - fot. 3).
Fitostabilizacja polega na użyciu roślin w celu unieruchomienia zanieczyszczeń w glebie i zmniejszenia ich dostępności w środowisku. Fitostabilizacja znajduje zastosowanie zarówno dla zanieczyszczeń organicznych, jak i nieorganicznych. W procesie tym zanieczyszczona gleba zabezpieczana jest przed jej dalszą degradacją wskutek erozji, a przede wszystkim następuje blokada i uniemożliwienie migracji nagromadzonych w niej zanieczyszczeń. Schemat ideowy procesu fitostabilizacji przedstawia rys. 5.
W procesie fitowolatalizacji, określanej także jako fitoewaporacja, następuje pobieranie i transpiracja zanieczyszczenia przez roślinę, a następnie uwalnianie zanieczyszczenia przeprowadzonego w stan lotny lub jego zmodyfikowanej formy do atmosfery. Proces ten stosowany jest przede wszystkim do usuwania lotnych zanieczyszczeń ? niektórych lotnych związków organicznych, np. rozpuszczalniki chloroorganiczne, jak również zanieczyszczeń nieorganicznych, np. arsenu, rtęci, selenu oraz ich lotnych połączeń. Roślinami wykorzystywanymi do fitowolatalizacji selenu są traganek groniasty (Astragalus racemosus) i gorczyca sarepska (Brassica juncea).
Rizofiltracja, zwana także filtracją korzeniową, jest procesem polegającym na adsorpcji i absorpcji zanieczyszczeń znajdujących się w roztworze wodnym przez korzenie roślin. Rizofiltracja wykorzystywana może być do usuwania ze środowiska zarówno zanieczyszczeń organicznych, jak i nieorganicznych, a oczyszczaną matrycą jest środowisko gruntowo-wodne, zanieczyszczone woda lub ścieki.
Porównanie wydatków koniecznych do poniesienia przy oczyszczaniu zanieczyszczonej gleby wypada zdecydowanie na korzyść fitoremediacji w odniesieniu do innych sposobów rozwiązania problemu. Oczyszczenie
1 akra (4046,86 m2) powierzchniowej warstwy (0-50 cm) metodą fitoekstrakcji kosztowałoby w granicach 60 000-100 000 $, w porównaniu do 400 000 $ potrzebnych na składowanie skażonej gleby po jej usunięciu.
Koszt oczyszczania 1 m3 gleby metodą fitoremediacji może wynieść 0,05 $, co jest niewielką kwotą w porównaniu z kosztami oczyszczania tej samej objętości gleby metodami tradycyjnymi in-situ (10-100 $) czy ex-situ (30-300 $).

Jan Marek

Opracowano na podstawie:
1. R. Buczkowski, I. Kondzielski, T. Szymański: Metody remediacji gleb zanieczyszczonych metalami ciężkimi, Uniwersytet Mikołaja Kopernika, Toruń 2002 r.
2. A. Chudyk: Fitoremediacja wód zanieczyszczonych metalami ciężkimi z wykorzystaniem roślin z rodziny Salviniaceae, Politechnika Wrocławska, 2005 r.
 

© 2020 Grupa INFOMAX