Ризофильтрация - это форма фиторемедиации, которая включает фильтрацию загрязненных грунтовых , поверхностных и сточных вод через массу корней для удаления токсичных веществ или избыточных питательных веществ .
Обзор
Ризофильтрация - это тип фиторемедиации , который относится к подходу с использованием гидропонно культивируемых корней растений для восстановления загрязненной воды путем абсорбции, концентрации и осаждения загрязнителей . Он также фильтрует воду и грязь. [ необходима цитата ]
Загрязненная вода либо собирается на свалке и доставляется к растениям, либо растения высаживаются на загрязненной территории, где корни впитывают воду и растворенные в ней загрязнители. Многие виды растений естественным образом поглощают тяжелые металлы и избыточные питательные вещества по разным причинам: секвестрация, устойчивость к засухе , удаление путем опадания листьев , вмешательство в другие растения и защита от патогенов и травоядных . [1] Некоторые из этих видов лучше других и могут накапливать огромное количество этих загрязнителей. Идентификация таких видов растений привела к тому, что исследователи окружающей среды осознали потенциал использования этих растений для восстановления загрязненной почвы и сточных вод . [ необходима цитата ]
Процесс
Этот процесс очень похож на фитоэкстракцию в том, что он удаляет загрязняющие вещества, улавливая их в собираемую биомассу растений . И фитоэкстракция, и ризофильтрация идут по одному и тому же пути к восстановлению. Во-первых, растения со стабильной корневой системой контактируют с загрязнением, чтобы адаптироваться к токсинам. Они поглощают загрязнения через свою корневую систему и накапливают их в корневой биомассе и / или переносят их в стебли и / или листья. Растения продолжают поглощать загрязняющие вещества, пока их не уберут. Затем растения заменяют, чтобы продолжить цикл роста / сбора урожая до тех пор, пока не будут достигнуты удовлетворительные уровни загрязнения. Оба процесса также больше нацелены на концентрацию и осаждение тяжелых металлов, чем органических загрязнителей. Основное различие между ризофильтрацией и фитоэкстракцией заключается в том, что ризофильтрация используется для обработки в водной среде, а фитоэкстракция - для восстановления почвы. [ необходима цитата ]
Приложения
Ризофильтрация может применяться для очистки поверхностных и грунтовых вод, промышленных и бытовых стоков, промывок от линий электропередач, ливневых вод, кислых шахтных стоков , сельскохозяйственных стоков, разбавленных шламов и растворов, загрязненных радионуклидами . Растения, подходящие для ризофильтрации, могут эффективно удалять токсичные металлы из раствора, используя быстрорастущие корневые системы. Было обнаружено, что различные виды наземных растений эффективно удаляют токсичные металлы, такие как Cu 2+ , Cd 2+ , Cr 6+ , Ni 2+ , Pb 2+ и Zn 2+, из водных растворов. [2] Было также обнаружено, что низкоуровневые радиоактивные загрязнители могут быть успешно удалены из жидких потоков. [3] Система для достижения этого может состоять из «питающего слоя» почвы, подвешенного над загрязненным потоком, через который растения растут, распространяя большую часть своих корней в воду. Кормовой слой позволяет растениям получать удобрения, не загрязняя ручей, одновременно удаляя из воды тяжелые металлы. [4] Деревья также применялись для восстановления. Деревья - это самый дешевый вид растений. Они могут расти на земле предельного качества и иметь долгую жизнь. Это приводит к небольшим затратам на техническое обслуживание или их отсутствию. Чаще всего используются ивы и тополя , которые могут вырасти 6-8 футов в год и обладают высокой устойчивостью к наводнениям. Для глубокого заражения использовались гибридные тополи с корнями на 30 футов глубиной. Их корни проникают через микроскопические поры в почвенной матрице и могут перерабатывать 100 л воды в день на одно дерево. Эти деревья действуют почти как насос и система очистки. [5] Ивы успешно использовались в качестве «растительных фильтров» для удаления питательных веществ (например, азота и фосфора) из городских сточных вод [6] и загрязненных подземных вод. [7]
Общие растения
Среди них есть ряд водных и наземных растений, которые с разной степенью успеха используются для ризофильтрации. Хотя многие из этих растений являются гипераккумуляторами , можно использовать другие виды растений, поскольку загрязнители не всегда достигают побегов (стеблей и их придатков: листьев, боковых почек, цветущих стеблей и цветочных бутонов).
Некоторые из наиболее распространенных видов растений, которые продемонстрировали способность удалять токсины из воды посредством ризофильтрации: [8] [9]
Расходы
Ризофильтрация экономически эффективна для больших объемов воды с низкими концентрациями загрязняющих веществ, которые подвергаются строгим стандартам. [10] Это относительно недорого, но потенциально более эффективно, чем сопоставимые технологии. По оценкам, удаление радионуклидов из воды с помощью подсолнечника стоит от 2 до 6 долларов за тысячу галлонов очищенной воды, включая удаление отходов и капитальные затраты. [11]
Преимущества
Ризофильтрация - это метод очистки от загрязнения, который может проводиться на месте , когда растения выращивают непосредственно в загрязненном водном объекте, или ex situ , где растения выращивают за пределами участка, а затем вводят в загрязненный водный объект. [8] Это позволяет проводить относительно недорогую процедуру с низкими капитальными и эксплуатационными затратами, в зависимости от типа загрязнителя.
В некоторых случаях было показано, что загрязняющие вещества значительно уменьшаются за очень короткий промежуток времени. Одно исследование показало, что корни подсолнечника снижают уровень урана почти на 95% всего за 24 часа. [2]
Этот метод очистки эстетичен и снижает проникновение воды и вымывание загрязняющих веществ. [5]
После уборки урожай можно превратить в брикет биотоплива, заменяющий ископаемое топливо. [12]
Недостатки
У этого метода обработки загрязнения есть свои пределы. Загрязняющие вещества с глубиной укоренения не будут извлечены. Используемые растения могут не расти на сильно загрязненных территориях. Самое главное, чтобы достичь нормативного уровня, могут потребоваться годы. Это приводит к долгосрочному обслуживанию.
Кроме того, наиболее загрязненные участки загрязнены различными видами загрязняющих веществ. Может существовать сочетание металлов и органических веществ, при котором обработки ризофильтрацией будет недостаточно. [5]
Растения, выращенные на загрязненных водах и почвах, становятся потенциальной угрозой для здоровья человека и животных, и поэтому необходимо уделять особое внимание процессу сбора урожая и выбирать только некормовую культуру для метода восстановления с помощью ризофильтрации. [12]
Смотрите также
- Фиторемедиация
- Гипераккумулирующие растения
- Биоразложение
- Биоремедиация
Внешние ссылки
- Фиторемедиация и растения-гипераккумуляторы. Полный обзор.
- Использование растений для очистки почвы - из журнала сельскохозяйственных исследований
- Моделирование ризофильтрации: поглощение тяжелых металлов корнями растений. Много данных.
Рекомендации
- ^ Бойд, Р.С. Растения, которые чрезмерно накапливают тяжелые металлы. Эд. Р. Р. Брукс. Виллингфорд, Великобритания: CAB International, 1998. 181-201.
- ^ a b Душенков, Вячеслав, Гарри Мотто, Илья Раскин и Пба Нанда Кумар. «Ризофильтрация: использование растений для удаления тяжелых металлов из водных потоков». Наука об окружающей среде и технологии 30 (1995): 1239-1245.
- ^ EPA, 1998, Руководство гражданина по Фиторемедиация, Агентствоохране окружающей среды США, Управление твердыми отходами и реагированиячрезвычайные ситуации, EPA 542-F-98-011, август.
- ↑ Раскин, Илья, Роберт Д. Смит и Дэвид Э. Солт. «Фиторемедиация металлов: использование растений для удаления загрязняющих веществ из окружающей среды». Текущее мнение в области биотехнологии. 8: 2 (1997): 221-226.
- ^ a b c Сазерсан, Сьюзен С. Инженерия восстановления: концепции дизайна. CRC P, 1997.
- ^ Guidi Nissim W., Jerbi A., Lafleur B., Fluet R., Labrecque M. (2015) «Ива для очистки городских сточных вод: долгосрочная эффективность при различных нормах орошения». Экологическая инженерия 81: 395-404. https://dx.doi.org/10.1016/j.ecoleng.2015.04.067
- ^ Guidi Nissim W., Voicu A., Labrecque M. (2014) «Короткооборотный поросль ивы для очистки загрязненных грунтовых вод». Экологическая инженерия, 62: 102-114 https://dx.doi.org/10.1016/j.ecoleng.2013.10.005
- ^ a b Генри, Жанна Р., " Обзор фиторемедиации свинца и ртути" , Национальная сеть исследований в области управления окружающей средой, Агентство по охране окружающей среды США, (2000). 21-22.
- ↑ Эллен Л. Артур, Памела Дж. Райс, Патрисия Дж. Райс, Тодд А. Андерсон, Садика М. Балади, Кери Л. Д. Хендерсон и Джоэл Р. Коутс (2005) Фиторемедиация - Обзор, Критические обзоры в науках о растениях, 24: 2, 109-122, DOI: 10.1080 / 07352680590952496
- ^ Миллер, Р., 1996, Фиторемедиация, Отчет об обзоре технологий, Центр анализа технологий восстановления грунтовых вод, Серия O, Vol. 3 октября.
- ^ Куни, К. М. "Подсолнухи удаляют радионуклиды из воды в текущих полевых испытаниях фиторемедиации". Наука об окружающей среде и технология 30 (1996): 194.
- ^ a b Моделирование ризофильтрации: поглощение тяжелых металлов корнями растений П. Верма *, К. В. Джордж, Х. В. Сингх, С. К. Сингх, А. Джуваркар и Р. Н. Сингх Национальный исследовательский институт инженерной экологии (NEERI), Неру Марг, Нагпур 440 020, Индия