Ryzofiltracja - Rhizofiltration

Rhizofiltracja jest formą fitoremediacji, która polega na filtrowaniu zanieczyszczonych wód gruntowych , powierzchniowych i ścieków przez masę korzeni w celu usunięcia toksycznych substancji lub nadmiaru składników odżywczych .

Badanie korzeni roślin

Przegląd

Rhizofiltracja to rodzaj fitoremediacji , który odnosi się do podejścia polegającego na wykorzystaniu korzeni roślin uprawianych hydroponicznie do remediacji skażonej wody poprzez absorpcję, koncentrację i wytrącanie zanieczyszczeń . Filtruje również przez wodę i brud.

Zanieczyszczona woda jest albo zbierana ze składowiska odpadów i dostarczana do roślin, albo rośliny są sadzone na skażonym obszarze, gdzie korzenie pobierają wodę i rozpuszczają się w niej zanieczyszczenia. Wiele gatunków roślin naturalnie pobiera metale ciężkie i nadmiar składników odżywczych z różnych powodów: sekwestracja, odporność na suszę , usuwanie przez odcięcie liści , ingerencja w inne rośliny oraz obrona przed patogenami i roślinożercami . Niektóre z tych gatunków są lepsze od innych i mogą gromadzić nadzwyczajne ilości tych zanieczyszczeń. Identyfikacja takich gatunków roślin doprowadziła badaczy środowiska do uświadomienia sobie możliwości wykorzystania tych roślin do rekultywacji skażonej gleby i ścieków .

Proces

Proces ten jest bardzo podobny do fitoekstrakcji , ponieważ usuwa zanieczyszczenia, zatrzymując je w biomasie roślinnej, którą można zbierać . Zarówno fitoekstrakcja, jak i ryzofiltracja podążają tą samą podstawową ścieżką remediacji. Po pierwsze, rośliny o stabilnym systemie korzeniowym mają kontakt z zanieczyszczeniem, aby zaaklimatyzować się do toksyn. Absorbują zanieczyszczenia przez swoje systemy korzeniowe i przechowują je w biomasie korzeni i/lub przenoszą je do łodyg i/lub liści. Rośliny nadal wchłaniają zanieczyszczenia, dopóki nie zostaną zebrane. Rośliny są następnie zastępowane, aby kontynuować cykl wzrostu/zbioru, aż do osiągnięcia zadowalających poziomów zanieczyszczenia. Oba procesy są również ukierunkowane bardziej na koncentrację i wytrącanie metali ciężkich niż na zanieczyszczenia organiczne. Główna różnica między ryzofiltracją a fitoekstrakcja polega na tym, że ryzofiltracja jest stosowana do oczyszczania w środowiskach wodnych, podczas gdy fitoekstrakcja dotyczy remediacji gleby.

Aplikacje

Wierzby płaczące

Rhizofiltracja może być stosowana do oczyszczania wód powierzchniowych i gruntowych, ścieków przemysłowych i mieszkalnych, ścieków z linii energetycznych, wód burzowych, kwaśnego odwadniania kopalni , spływów rolniczych, rozcieńczonych szlamów i roztworów skażonych radionuklidami . Rośliny odpowiednie do zastosowań ryzofiltracyjnych mogą skutecznie usuwać metale toksyczne z roztworu przy użyciu szybko rosnących systemów korzeniowych. Stwierdzono, że różne gatunki roślin lądowych skutecznie usuwają toksyczne metale, takie jak Cu 2+ , Cd 2+ , Cr 6+ , Ni 2+ , Pb 2+ i Zn 2+ z roztworów wodnych. Stwierdzono również, że zanieczyszczenia radioaktywne o niskim poziomie można z powodzeniem usuwać ze strumieni cieczy. System umożliwiający osiągnięcie tego może składać się z „warstwy zasilającej” gleby zawieszonej nad zanieczyszczonym strumieniem, przez który rosną rośliny, wpuszczając większość swoich korzeni do wody. Warstwa podajnika pozwala roślinom otrzymywać nawóz bez zanieczyszczania strumienia, jednocześnie usuwając z wody metale ciężkie. Drzewa zostały również zastosowane do remediacji. Drzewa to najtańszy rodzaj roślin. Mogą rosnąć na gruntach o marginalnej jakości i mają długą żywotność. Powoduje to niewielkie lub żadne koszty utrzymania. Najczęściej używane są wierzby i topole , które mogą rosnąć 6-8 stóp rocznie i mają wysoką odporność na powodzie. Do głębokiego zanieczyszczenia użyto hybrydowych topoli z korzeniami sięgającymi 30 stóp głębokości. Ich korzenie wnikają w mikroskopijne pory w matrycy gleby i mogą przepuszczać 100 l wody dziennie na drzewo. Drzewa te działają prawie jak pompa i system rekultywacji. Wierzby są z powodzeniem stosowane jako „filtry roślinne” do usuwania składników odżywczych (np. azotu i fosforu) ze ścieków komunalnych i zanieczyszczonych wód gruntowych.

Rośliny pospolite

Istnieje szereg roślin wodnych i lądowych wykorzystywanych do ryzofiltracji z różnym powodzeniem wśród nich. Podczas gdy wiele z tych roślin jest hiperakumulatorami , można stosować inne gatunki roślin, ponieważ zanieczyszczenia nie zawsze docierają do pędów (łodygi i ich przydatki: liście, pąki boczne, łodygi kwiatowe i pąki kwiatowe).

Niektóre z najpopularniejszych gatunków roślin, które wykazały zdolność usuwania toksyn z wody poprzez rizofiltrację:

Koszt

Słoneczniki używane do ryzofiltracji

Rhizofiltracja jest opłacalna w przypadku dużych objętości wody o niskim stężeniu zanieczyszczeń, które podlegają surowym normom. Jest stosunkowo tania, ale potencjalnie bardziej efektywna niż porównywalne technologie. Oszacowano, że usuwanie radionuklidów z wody za pomocą słoneczników kosztuje od 2 do 6 USD za tysiąc galonów uzdatnionej wody, wliczając w to utylizację odpadów i koszty kapitałowe.

Zalety

Ryzofiltracja to metoda oczyszczania skażeń, którą można prowadzić in situ , z roślinami uprawianymi bezpośrednio w zanieczyszczonej części wód lub ex situ , gdzie rośliny hoduje się poza terenem zakładu, a następnie wprowadza się do zanieczyszczonej części wód. Pozwala to na stosunkowo niedrogą procedurę przy niskich kosztach kapitałowych i operacyjnych, w zależności od rodzaju zanieczyszczenia.

W niektórych przypadkach wykazano, że ilość zanieczyszczeń została znacznie zmniejszona w bardzo krótkim czasie. Jedno z badań wykazało, że korzenie słonecznika obniżyły poziom uranu o prawie 95% w ciągu zaledwie 24 godzin.

Ta metoda leczenia jest również estetyczna i powoduje zmniejszenie infiltracji wody i wypłukiwania zanieczyszczeń.

Po zbiorach plon może zostać przetworzony na brykiet biopaliwowy, będący substytutem paliwa kopalnego.

Niedogodności

Ta metoda oczyszczania zanieczyszczeń ma swoje ograniczenia. Wszelkie zanieczyszczenia znajdujące się poniżej głębokości ukorzenienia nie zostaną wydobyte. Stosowane rośliny mogą nie być w stanie rosnąć na obszarach silnie skażonych. Co najważniejsze, osiągnięcie poziomów regulacyjnych może zająć lata. Powoduje to długotrwałą konserwację.

Ponadto większość skażonych miejsc jest zanieczyszczona wieloma różnymi rodzajami zanieczyszczeń. Może istnieć kombinacja metali i substancji organicznych, w której obróbka poprzez ryzofiltrację nie wystarczy.

Rośliny uprawiane na zanieczyszczonych wodach i glebach stanowią potencjalne zagrożenie dla zdrowia ludzi i zwierząt, dlatego należy zwracać szczególną uwagę na proces zbioru, a do remediacji metodą ryzofiltracji należy wybierać tylko rośliny niepaszowe.

Zobacz też

Zewnętrzne linki

Bibliografia