Fitoremediáció Fito: növény Remedium: orvoslás

Az előadások a következő témára: "Fitoremediáció Fito: növény Remedium: orvoslás"— Előadás másolata:

1 Fitoremediáció Fito: növény Remedium: orvoslás
Szennyezett környezet kockázatának csökkentése növények által. Konkrétabban olyan fitoremediáció szerepel ebben az előadásban, amely során a tisztításban mikroorganizmusok is segítenek. A fitoremediációt talajkezelésre először 1982-ben javasolták, abból a megfigyelésből kiindulva, hogy egyes növények megélnek és fejlődnek a szennyezett talajon.

2 Feltételek Az eljárás sikerének feltétele a helyszín gondos felmérése, a szennyezőanyagok minősége és mennyisége, a szennyezés mélysége, a talaj összetétele, majd a növény ennek megfelelő kiválasztása. Az ültetvényt szakszerű telepítés esetén távmonitorozás és számítógépes adatfeldolgozás alkalmazásával ellenőrzik a fejlődés, akkumulálás, víz- és tápanyagfelvétel és egyéb fontos paraméterek vonatkozásában.

3 Eljárási módok (mikor melyiket célszerű alkalmazni)
Fitoextrakció: akkor alkalmazható, ha a szennyezőanyag nagy mennyiségben képes felszívódni a növényekbe, így a talajban rövid idő alatt a határérték alá csökkenthető Fitodegradáció: növényi enzimek által bontható szerves szennyezőanyagok esetén alkalmazható Rizofiltráció: megfelelően kialakított drénrétegbe, vagyis a gyökérzónába vezetett szennyvíz tisztítására

4 Eljárási módok Fitostabilizáció: nagy kiterjedésű stabilizálható szennyezőanyagok, erózióval terjedő szennyezett talaj vagy üledék esetén Fitovolatilizáció: illékony talajszennyező anyagok növények általi elpárologtatása Vannak olyan esetek is, amikor akkor a leghatékonyabb az eljárás, ha többet alkalmazunk egyszerre, azaz kombináljuk őket.

5 Fitoremediáció előnyei
Környezetbarát technológia, esztétikus, a közvélemény is elfogadja Nagy felületen alkalmazható Viszonylag olcsó, mivel a kivitelezés nem igényel drága berendezéseket és szakértő személyzetet Kevés másodlagos szennyeződés keletkezik Talaj szerkezete nem károsodik, termékeny marad Biológiai aktivitása megmarad Ex situ és in situ is alkalmazható Napsugárzás energiáját hasznosítja Könnyen kivitelezhető és fenntartható

6 Hátrányai Időigényes (ez csak a fitoextrakcióra igaz)
A növények nem vesznek fel vagy nem bontanak le miden szennyezőanyagot, vagy egyáltalán semmit A növényeket vízzel és tápanyagokkal kell ellátni (ha szükséges a növekedéshez és nem nőnek maguktól természetes körülmények között) Csak sekély szennyeződésekre alkalmazható (gyökérzónában) Csak kis szennyezőanyag koncentráció esetén alkalmazható, mert veszélyes lehet a növényekre

7 Hátrányai Klimatikus viszonyok befolyásolják
Biodiverzitás átalakítása, ezért fontos figyelembe venni a helyi fajokat Szennyezett növényi szövetek bekerülhetnek a táplálékláncba Melléktermékek toxicitása még nem ismert Szennyezők mobilizálódhatnak és bemosódhatnak a talajba Hatóságilag nem teljes körben elfogadott

8 Szerves és szervetlen anyagok esetében alkalmazható eljárástípusok
Szerves anyagok Szervetlen anyagok Esetében alkalmazható eljárástípusok LÉGKÖR Szennyezőanyag a légkörbe kerül Fitovolatilizáció NÖVÉNY Szennyezőanyag a növényekbe kerül Fitodegradáció Fitoakkumuláció TALAJ Szennyezőanyag a rizoszférában feldúsul Rizofiltráció Rizodegradáció Fitostabilizáció

9 Kiegészítés az előző táblázathoz
Szennyezőanyag elbomlik: Rizodegradáció Szennyezőanyag formája stabil: Fitostabilizáció Szennyezőanyag kémiai formája kevésbé toxikus: Kombinált eljárások

10 Fitoextrakció Toxikus fémeket a növények felveszik, ezáltal kivonják a talajból, akkumulálják (pl. cink, ólom, kadmium) Hiperakkumulátor fajok illetve nagy biomasszát képező növények alkalmasak erre. Fontos, hogy a növekedést ne gátolja a toxikus szennyezőanyag és nagy hozama legyen. A hajtásba vagy a gyökérbe kerülnek a nehézfémek. Ha le akarjuk aratni, az a jó, ha a hajtásba kerül

11 Hiperakkumuláció Hiperakkumulációról akkor beszélhetünk, ha a növény adott szervében a fémkoncentráció meghaladja az 1000 mg/kg szárazanyag értékét, a növény tehát jóval nagyobb mennyiségben veszi fel az adott elemet, mint az annak talajbéli koncentrációjából következne. A hiperakkumuláció koncentráció kritériuma nehézfémenként változik, a fémakkumuláció pedig fajspecifikus.

12 Fitoextrakció A fitoextrakció a fémeket eltérő hatékonysággal vonja ki a talajból, a hozamtól függően évig is eltarthat. Másodlagos kockázatot jelent, hogy a fémtartalmú növények nem izolálhatóak az ökoszisztéma élőlényeitől (rovarok, madarak, vadállatok) és a megtermelt biomassza veszélyes hulladékként kezelendő. Ide tartozik: Kukorica (Cd), Fűz (Cd, Zn), Sóska (Cd, Zn, Cu) Fekete bodza (Pb)

13 Folyamatos fitoextrakció ábrája

14 Talajban lejátszódó folyamatok

15

16 Indukált fitoextrakció
Ez az eljárás azon alapszik, hogy a nagy biomasszát képező növények fémakkumulációja kelátképzőszerekkel elősegíthető, mivel ezek az anyagok megváltoztatják a kötésformát és ezáltal könnyebben felvehetővé válnak a toxikus fémek a talajból.

17 Indukált fitoextrakció ábrája

18 Rizofiltráció Ezen eljárás során a vízinövények, ill. vizes élőhelyek növényeinek gyökerén illetve a baktériumok által sűrűn benőtt rizoszférában adszorbeálódnak, felhalmozódhatnak vagy kicsapódhatnak a fémek és a radionuklidok. Azok a növények alkalmasak erre, melyeknek nagy a gyökértömegük, felületük, viszont nem szállítják tovább a hajtásba a szennyezőanyagot (pl. napraforgó, fűfélék, nádfélék)

19 Rizofiltráció Szerves szennyezőanyagokat a rizoszféra mikroorganizmusai mineralizálják, a mineralizált elemeket pedig a növények asszimilálják. A szervetlen szennyezőanyagokkal más a helyzet, azokat a rizoszféra passzív vagy aktív módon kiszűri a vízből, majd vagy a gyökérzónában marad, vagy felveszi a növény, emiatt újabb műveletre van szükség: izolálása vagy a növények eltávolítása és kontrollált kezelése.

20 A fitoextrakció és a rizofiltráció esetében a technológia két lépésből áll:
1. a növény kiválasztása, telepítése, működésének biztosítása 2. a feladatát teljesített növény feldolgozása, ártalmatlanítása. A fitoremediációs technológiák elterjedésének akadálya a szennyezett növényi anyag kezelésének megoldatlansága. A szennyezett növényi anyagot égetéssel lehet megsemmisíteni: a hamut annak szennyezőanyag-tartalmától függően kell elhelyezni, veszélyes hulladéklerakóba vagy ha lehet, újrahasznosítani

21 Fitostabilizáció Lényege, hogy növények segítségével akadályozzuk meg egy talajszennyező anyag tovaterjedését a környezetben. Nem szüntetjük meg a szennyezett közeg szennyezettségét, de megállítjuk a szennyezőanyagnak a szennyezőforrásokból való tovaterjedését. Pontforrásokra és diffúz szennyezőforrásokra egyaránt alkalmazható. Általában kémiai stabilizálással kombinálják, amikor a fitostabilizációval párhuzamosan a szennyezőanyagot adalékanyagokkal történő kémiai kezeléssel immobilizáljuk, azaz megváltoztatjuk a szennyezőanyag kémiai formáját, ezzel viselkedését a környezetben.

22 A következő diákon a kunszentmártoni bőrgyár ülepítő tavának a változásai láthatóak

23 A kunszentmártoni bőrgyár ülepítő tava 1998-ban, tavasszal

24 A kunszentmártoni bőrgyár ülepítő tava 2001 májusában

25 Az üledék összes Cr és Cr(VI) koncentrációja 1998-ban

26 Az üledék összes Cr koncentrációja 2001-ben

27 Összegzés az előző példához
A vizsgált időszakban ( ) az üledék összes-Cr tartalma nem változott A toxikus Cr(VI) koncentrációja viszont a kimutathatósági határ alá csökkent A növények föld feletti részeiben csökkent a króm koncentrációja Természetes fitostabilizációs folyamat következett be

28 Fitostabilizáció A fitostabilizációban felhasználható növénnyel szembeni követelmények: ellenálló legyen a szennyezőanyaggal szemben, gyorsan nőjön, jól fedjen, egybefüggő növénytakarót alakítson ki a felszínen, föld feletti részében ne akkumulálja a szennyezőanyagot, lehetőleg egyáltalán ne akkumulálja azt. Ilyen például az akác, fűfélék, bogyósok, kukorica, cirokfélék, energiafüvek.

29 Fitostabilizáció folyamatai

30 Fitodegradáció A növények, illetve a növényekkel közösségben élő mikroorganizmusok segítségével ártalmatlan termékekké alakítjuk a vizek vagy a talaj szennyezőanyagait. A növények természetes genetikai adottságaikból kifolyólag is képesek bizonyos víz- vagy talaj szennyező anyagok felvételére és hasznosítására, például a nitrát, foszfát, egyes kénvegyületek elbontására és a növényi szervezetbe történő beépítésére. A szerves anyagokat a növények közvetlenül nem hasznosítják, a növényi gyökereken vagy a talajban, a gyökérzónában élő mikroorganizmus-közösségek bontják, mineralizálják a szerves anyagokat, az így keletkezett szervetlen termékeket hasznosítja a növény.

31 Fitodegradáció Egyes esetekben génmanipulált növényeket használnak szerves szennyezőanyagok bontására. Ezen géneket mikroorganizmusokból ültették át fákba. A cukorrépa pl. a nitroglicerin, a nyárfa gyökérzete a triklór-etilén bontására képes. Arabidopsis thaliana növény a higanyt a talajból a légkörbe párologtatja el, csökkentve ezzel a talaj szennyezettségét.

32 Fitovolatilizáció Lényege, hogy a növények illékonnyá tesznek bizonyos talajszennyező anyagokat és azokat a légkörbe juttatják. Az illékonnyá alakított anyag toxicitásától függően hasznos vagy veszélyes folyamatról van szó. Ha technológiában alkalmazzuk, akkor a kibocsátott gőzök kontrollált kezelése megoldható, ezzel a technológia-alkalmazás kockázata csökkenthető. A fitovolatilizációban is szerepet játszanak a növénnyel közösségben élő mikroorganizmusok.