FItoremediáció, nehézfémek eltávolítása a talajból fitoremediációval

Az előadások a következő témára: "FItoremediáció, nehézfémek eltávolítása a talajból fitoremediációval"— Előadás másolata:

1 FItoremediáció, nehézfémek eltávolítása a talajból fitoremediációval
(Nemes Gábor) másodéves környezetmérnök hallgató

2 A TALAJ ÉS FUNKCIÓI Talaj:A földtani közeg legfelső rétege , ami ásványi részecskékből, szerves anyagokból, vízből, levegőből, és élő szervetekből áll Talaj ökológiai funkciói: biomassza termelés , szűrő, kiegyenlítő, átalakító, raktározó szerep, ökológiai élettér genetikai tartalék Termékenység: a talaj legfontosabb tulajdonsága, hogy képes a növényeket tápanyagokkal és vízzel ellátni

3 TALAJDEGRADÁCIÓ Talajdegradáció: minden olyan folyamat amely a talaj termékenységét csökkenti, minőségét rontja illetve termékenységét csökkenti, illetve funkcióképeségét korlátozza, vagy a talaj teljes pusztulásához vezet (pl. a víz a szél erózió, elsózódás , szikesedés , talajsavanyodás , talajszerkezet romlása, elmocsarasodás , talaj puffer kapacitásának romlása

4 TALAJSZENNYEZCDÉS Talajszennyeződés: az a folyamat mely során a talaj természetes viszonyok között kialakult fizikai, kémiai biológia tulajdonságai jelentős mértékben és kedvezőtlen arányban változnak meg , az ökológiai tájfunkciók károsodnak Kémiai összetevők megváltozása: ( toxikus elemek vegyületek felhalmozódás a talajban) Biológiai összetevők megváltozása: (talaj mikroflora és mikrofauna arányának kedvezőtlen eltolódása)

5 A TALAJ SZENNYEZCDÉSE NEHÉZFÉMEKKEL
Nehézfémek: azok a fémek melyek sűrűsége 5 g/cm3-nél nagyobb Toxikus elem: olyan fém vagy félfém mely biológia hatása egy bizonyos koncentráció felett negatív illetve káros Legkritikusabb hatású a bioszférába nagy mennyiségbe bekerülő nehézfémek:Pb, Cd, Cr, Cu, Zn, Ni, Hg Biszférába kisebb mennyiségben bekerülő nehézfémek:Pb, Cd, Cr, Cu, Zn, Ni, Hg

6 A TALAJ NEHÉZFÉM- SZENNYEZŐDÉSÉNEK OKAI
Fosszilis energiahordozók (szén, olaj) elégetése Ipari létesítmények emissziója Közlekedés légszennyezése Bányászat (meddőhányók) kohászat, fémfeldolgozás Ipari és kommunális hulladékok (pl. galvániszap gondatlan kezelése) Mezőgazdasági termelés

7 A TALAJOK NEHÉZFÉMSZENNYEZŐDÉSÉNEK VESZÉLYEI
A talajok nehézfém (mikroelem) –mérlege általában pozitív nehézfémek általában a feltalajokban dúsulnak fel A talaj egy bizonyos szintig pufferként viselkedik majd egy idő után ő is szennyezővé válik . Gyakorlatilag egy „kémiai időzített bomba”. A talajsavanyodással a nehézfémek mobilizálódnak és bekerülnek a talajoldatba majd onnan a talajvízbe majd a mikroorganizmusokba innen a növényekbe majd az állatokba végül pedig az emberi szervezetbe. A növényekbe igen sok nehézfém halmozódhat fel látható tünetek nélkül

8 FITOREMEDIÁCIÓ FOGALMA
Fitoremediáció: (fito =növény, remediáció = orvoslás) során növényekkel és velük társuló mikrobákkal távolítjuk el (illetve bontjuk le) a szennyezőanyagokat (köztük a nehézfémeket), a szennyezett talajból és vízből. A fitoremediáció fogalma a zöld növények alkalmazását jelenti a szenynyező anyagok környezetből történő eltávolítására vagy ártalmatlanná tételére. Általánosságban megállapítható, hogy a nehézfémek akkumulációjának képessége jelentősen változik az egyes növényi fajok, illetve a fajon belüli kultúrnövények között. A szennyező anyaggal dúsított növények betakarítását követően a szennyezett anyag tömege és térfogata tovább csökkenthető hamvasztással vagy komposztálással. A fémekkel dúsított növények esetében a veszélyes anyagok ártalmatlanításának alapelvei szerint kell eljárni; néhány esetben − ha gazdasági szempontból megvalósítható − az akkumulált fémek visszanyerésére is felhasználhatók.

9 Fitoremediáció előnyei, illetve hátrányai
Környezetbarát technológia, viszonylag olcsó kevesebb másodlagos szennyeződés (pl. szennyezett víz) keltekezik a talaj szerkezete nem károsodik Biológiai aktivitás nem szűnik meg Az eljárás nagy felületen alkalmazható Hátrányai: Időigényes folyamat a növények nem vesznek fel vagy nem bont le minden szennyezőanyag-féleséget A folyamat során a növényeket tápanyaggal, vízzel kell ellátni Az eljárás elsősorban a mérsékelten szennyezett talajok remediációjára alkalmas

10 A fitoremediációk osztályozása
Fitoextrakció: Szennyező anyagok talajból történő eltávolítása növények segítségével. Az akkumulálásra alkalmas növények a fémekből vagy szerves anyagokból álló szennyeződéseket a talajból a föld feletti hajtásokba szállítják, majd ott koncentrálják; a kifejezés elsősorban a fémek eltávolítására vonatkozik. Egyes növények esetében a gyökerek szintén betakaríthatók. Fitofiltráció: Növényi gyökerek (rhizofiltráció) vagy csíranövények (blasztofiltráció) alkalmazása szennyező anyagok, főként fémek abszorbeálására vagy adszorbeálására vízből vagy vizes hulladékáramból. A levegővel kevert vízben növekedő növényi gyökerek vagy csíranövények abszorbeálják, kicsapják, illetve koncentrálják a mérgező fémeket a szennyeződött elfolyóból.

11 Fitostabilizáció: Növények alkalmazása a szennyező anyagok biológiai elérhetőségének mérséklésére. A növények a szennyező anyagok talajban stabilizálásával ártalmatlanítják azokat, s ennek következményeként csökkenthető a további környezeti lebomlás kockázata. Fitopárologtatás: Növények alkalmazása a szennyező anyagok elpárologtatására. A növények kivonják az illékony szennyező anyagokat (például szelénium, higany) a talajból és elpárologtatják azokat a lombozatból. Fitodegradáció: Növények és velük együtt élő mikroorganizmusok alkalmazása a szerves szennyező anyagok lebontására. A növényi gyökerek rhizoszferikus mikroorganizmusaikkal együtt alkalmazhatók a szerves anyagokkal szennyezett talaj remediálására.

12 Fák alkalmazása Egyes szakértők szerint a fitoremediáció folyamatában a növények között a fás növények alkalmazása jár a legkisebb költségráfordítással. Számos olyan fafaj ismeretes, amely gyengén termő földterületeken is növekedhet. Ez lehetőséget ad a fatelepítésre olyan helyeken is, ahol a talaj termőképessége csekély, szerkezete pedig gyenge minőségű. A fák előnyös tulajdonságai közé tartozik az is, hogy a növények között ezek rendelkeznek a legmasszívabb gyökérrendszerrel, amely több méteren keresztül is penetrálódik a talajban, ellentétben a legtöbb fűszerű növény gyökerével. Néhány faj esetében a föld feletti biomassza begyűjthető, a fák pedig újra kihajtanak az adott termőterület háborítása nélkül. Ez a jellegzetesség abban az esetben lehet értékes, amikor a növényi szövetekben elkülönített szennyező anyagok periodikus eltávolítása kívánatos.

13 Fémek fitoextrakciója
A fitoextrakció számára ideális növénynek a következő tulajdonságokkal kell rendelkeznie: A fémek nagy mennyiségével szemben toleráns (a fémek nagy mennyiségét képes felvenni a növény károsodása nélkül) jelentős mennyiségű fémet akkumulál a betakarítható részekben, gyorsan növekedik, jelentős mennyiségű biomassza termelésére képes, kiterjedt gyökérrendszerrel rendelkezik.

14 Hipperakumlátor növények : Azok a növények melyek a hagyományos növényekhez képest egy adott elemből 10, de akár 500szor annyit is képesek akkumulálni. Tapasztalatok alapján a hiperakkumulátor növényekben egyes fémek, mint például nikkel, cink és feltehetően réz akkumulálásának mértéke elérheti száraz tömegüknek 1–5%-át (ez nagyságrenddel nagyobb koncentrációt jelent, mint ami a közelükben növekedő nem akkumuláló növények esetében megfigyelhető). Sajnos a legtöbb hiperakkumulátor növény viszonylag kis méretű, meglehetően lassan növekedik, s egyelőre még nem áll rendelkezésre a nagy mennyiségű termesztésükhöz szükséges technológia.

15 A fitoextrakció során növényekkel vonják ki nehézfémeket a talajból
A fitoextrakció során növényekkel vonják ki nehézfémeket a talajból. Erre a fent említett hipperakkumulátor fajokat alkalmazzák (ilyenek pl. Thlaspi, Alyssum, Sebertia, Berkheya fajok), illetve nagy biomasszát képező növények (pl. Populus, Salix fajok) könnyen betakarítható fajok föld feletti szerveibe (hajtásába) illetve gyökerébe helyeződnek át. A szennyezett biomasszát ellenőrzött körülmények között feldolgozzál (Populus) (Alyssum)

16 Az úgynevezett indukált fitoextrakció során a nagy biomasszát képező növények (pl. kukorica) fémakkumulációja a talajba juttatott kelátképző szerekkel (pl. EDTA) elősegíthető ezek a nehézfémek kötésformáit megváltoztatják és azokat könnyebben felvehetővé teszik. (EDTA komplexképző)

17 RiZOFIILTRÁCIÓ A rizofiltráció során növényi gyökerekkel távolítják el a fémeket (pl. Cu2+, Cd2+, Cr6+, Ni2+, Pb2+, Zn2+ és U). A fémeket a gyökerek megkötik, felhalmozzák vagy kicsapják A rizofiltrációra elsősorban olyan növények alkalmasak, amelyek nagy gyökértömeggel rendelkeznek , gyökérfelülettel rendelkeznek, gyökereik sok fém megkötésére képesek és gyökereik viszonylag kevés fémet szállítanak át a hajtásba (pl. napraforgó, szareptai mustár, fűfélék). (szaretai mustár)

18 Rizofiltrációval, növények gyökereinek segítségével gyorsan és hatékonyan lehet kadmiumot és nikkelt eltávolítani a szennyezett vízből. Pseudomonas talajbaktériumokkal fokozható a növények gyökerének rizofiltrációja, valószínüleg azért, mert a baktériumok hozzákötődnek a gyökerekhez (rizoplán alakul ki) és így megnő az a fajlagos gyökérfelület, amely fémeket képes megkötni. Célszerű a rizofiltráció hatékonyságának megnövelése céljából a rizoplán kialakításához fém-adaptált mikrobákat alkalmazni.

19 Következtetések A fitoremediáció módszerét egyre szélesebb körben tanulmányozzák, mivel gazdaságos és könnyen kezelhető alternatíva a környezeti tisztítási folyamatok hagyományos módszereivel szemben. Egyes mezőgazdasági műveletek, mint például öntözés, műtrágyázás optimalizálásával, illetve az ültetési és aratási idő megfelelő ütemezésével a fitoremediációs eljárások hatékonysága növelhető.

20 Felhasznált segédanyagok
Molnár Lajos: Környezet állapot és Környezetvédelem Dr. Simon László: Nehézfémekkel szennyezett talaj és víz fitoremediációja Kiss Ágnes: Fitoremediáció mint egy talajtisztítási lehetőség Egyéb internetes források…