Sử dụng thực vật để loại bỏ chất ô nhiễm từ đất và nước ngầm (Kỹ thuật xử lý ô nhiễm)

Phytoremediation đề cập đến việc sử dụng thực vật để loại bỏ các chất ô nhiễm từ đất và nước ngầm, hoặc để hỗ trợ trong việc phân hủy các chất gây ô nhiễm thành một hình thức ít độc hại hơn.

Một số nhà máy có thể trích xuất và tập trung các yếu tố đặc biệt từ môi trường, do đó cung cấp một phương tiện khắc phục vĩnh viễn. Các mô thực vật, rất giàu chất gây ô nhiễm tích lũy, có thể được thu hoạch và xử lý một cách an toàn.

Khắc phục cũng xảy ra khi vi khuẩn trên rễ của cây làm suy giảm các chất ô nhiễm, hoặc khi rễ hút độ ẩm mặt đất bị ô nhiễm gần bề mặt, phơi nhiễm các loài gây ô nhiễm cho vi khuẩn trong môi trường chứa oxy cao hơn. Một số kỹ thuật được trình bày trong phần này. Chúng là như sau:

1. Phytoextraction:

Việc sử dụng thực vật để loại bỏ các chất gây ô nhiễm ra khỏi môi trường và tập trung chúng vào mô thực vật trên mặt đất được gọi là phytoextraction.

Khả năng áp dụng:

Phytoextraction chủ yếu được sử dụng để thu hồi kim loại nặng từ đất, tuy nhiên, công nghệ này hiện đang áp dụng cho các vật liệu khác trên các phương tiện khác nhau. Các hệ thống thủy canh dựa trên nhà kính sử dụng các nhà máy có khả năng hấp thụ rễ gây ô nhiễm cao và khả năng chuyển vị trí kém của chồi hiện đang được nghiên cứu để loại bỏ kim loại nặng và hạt nhân phóng xạ khỏi nước.

Những nhà máy này cũng được gọi là siêu tích lũy. Cây có tốc độ tăng trưởng cao (> 3 tấn chất khô / ha-năm) và khả năng chịu được nồng độ kim loại cao trong các phần có thể thu hoạch của cây (> 1.000 mg / kg) là cần thiết để điều trị thực tế.

Hạn chế:

Khai thác hiệu quả kim loại độc hại bằng siêu tích lũy được giới hạn ở độ sâu đất nông lên đến 24 inch. Tuy nhiên, nếu ô nhiễm ở độ sâu lớn hơn đáng kể (ví dụ: 6 đến 10 feet), cây dương có rễ sâu có thể được sử dụng, tuy nhiên, có mối lo ngại về rác lá và tàn dư độc hại liên quan.

Mặc dù có các đặc tính tích lũy kim loại đáng tin cậy, các siêu tích lũy hiện có thiếu sản xuất sinh khối phù hợp, khả năng thích ứng sinh lý với các điều kiện khí hậu khác nhau và khả năng thích ứng với các kỹ thuật nông học hiện tại.

2. Ổn định hóa tế bào:

Ổn định hóa tế bào liên quan đến việc giảm tính di động của kim loại nặng trong đất. Việc cố định kim loại có thể được thực hiện bằng cách giảm bụi gió, giảm thiểu xói mòn đất và giảm độ hòa tan của chất gây ô nhiễm hoặc sinh khả dụng cho chuỗi thức ăn. Việc bổ sung các sửa đổi đất, như chất hữu cơ, phốt phát, chất kiềm hóa và chất rắn sinh học có thể làm giảm độ hòa tan của kim loại trong đất và giảm thiểu nước rỉ vào nước ngầm.

Khả năng di chuyển của các chất gây ô nhiễm bị giảm đi do sự tích tụ các chất gây ô nhiễm bởi rễ cây, sự hấp thụ vào rễ hoặc kết tủa trong vùng rễ. Trong một số trường hợp, kiểm soát thủy lực để ngăn chặn sự di chuyển nước rỉ rác có thể đạt được do lượng nước lớn được thực vật truyền qua.

Khả năng áp dụng:

Việc sử dụng phương pháp ổn định hóa tế bào để giữ kim loại ở vị trí hiện tại của chúng đặc biệt hấp dẫn khi các phương pháp khác để khắc phục các khu vực quy mô lớn có ô nhiễm thấp là không khả thi. Khắc phục khó khăn tại các địa phương có nồng độ kim loại cao vì độc tính của đất. Cây cần có khả năng chịu đựng các chất gây ô nhiễm cao, sản xuất sinh khối rễ cao với khả năng cố định các chất gây ô nhiễm và khả năng giữ các chất gây ô nhiễm trong rễ.

Hạn chế:

Ổn định hóa tế bào rất hữu ích tại các vị trí có ô nhiễm nông và nơi ô nhiễm tương đối thấp. Thực vật tích lũy kim loại nặng trong rễ và trong vùng rễ thường có hiệu quả ở độ sâu lên đến 24 inch. Kim loại dễ dàng chuyển sang lá trong cây có thể hạn chế khả năng ứng dụng của quá trình ổn định hóa tế bào do ảnh hưởng đến chuỗi thức ăn.

3. Tế bào học:

Phytostimulation, còn được gọi là tăng cường phân hủy sinh học rhizosphere, rhizodegrad, hoặc hỗ trợ sinh học / suy thoái thực vật, là sự phân hủy của các chất ô nhiễm hữu cơ trong đất thông qua hoạt động của vi sinh vật tăng cường trong khu vực rễ cây hoặc rhizosphere. Hoạt động của vi sinh vật được kích thích trong rhizosphere theo một số cách: 1. các hợp chất, chẳng hạn như đường, carbohydrate, axit amin, acetate và enzyme, được tiết ra từ rễ làm phong phú quần thể vi khuẩn bản địa; 2. hệ thống rễ mang oxy đến vùng rễ, đảm bảo biến đổi hiếu khí; 3 sinh khối gốc tốt làm tăng lượng carbon hữu cơ có sẵn; 4. Nấm mycorrhizae, phát triển trong rhizosphere, có thể làm suy giảm các chất ô nhiễm hữu cơ không thể biến đổi chỉ bởi vi khuẩn do các con đường enzyme độc ​​đáo; và 5. môi trường sống để tăng dân số và hoạt động của vi sinh vật được tăng cường bởi thực vật.

Khả năng áp dụng:

Phương pháp này rất hữu ích trong việc loại bỏ các chất gây ô nhiễm hữu cơ, chẳng hạn như thuốc trừ sâu, chất thơm và hydrocarbon thơm đa nhân (PAHs), từ đất và trầm tích. Các dung môi clo hóa cũng đã được nhắm mục tiêu tại các địa điểm trình diễn.

Hạn chế:

Các vị trí tại đó thực hiện quá trình tế bào hóa phải được thực hiện ở mức độ ô nhiễm thấp ở các khu vực nông. Mức độ cao của chất gây ô nhiễm có thể gây độc cho cây trồng.

4. Biến đổi tế bào:

Biến đổi tế bào, còn được gọi là phân hủy phytod, là sự phân hủy các chất ô nhiễm hữu cơ được cô lập bởi thực vật thông qua: (1) các quá trình trao đổi chất trong cây; hoặc (2) tác dụng của các hợp chất, chẳng hạn như enzyme, được sản xuất bởi nhà máy. Các chất ô nhiễm hữu cơ được phân giải thành các hợp chất đơn giản hơn được tích hợp với mô thực vật, từ đó thúc đẩy sự phát triển của cây. Sự phát triển của một vị trí bởi phytotransifying phụ thuộc vào sự hấp thụ trực tiếp các chất gây ô nhiễm từ môi trường và tích lũy trong thảm thực vật.

Sự giải phóng các chất gây ô nhiễm dễ bay hơi vào khí quyển thông qua sự thoát hơi nước của thực vật, được gọi là phytovolatilization, là một dạng của biến đổi tế bào. Mặc dù việc chuyển các chất gây ô nhiễm vào khí quyển có thể không đạt được mục tiêu khắc phục hoàn toàn, phytovolatilization có thể được mong muốn trong việc tiếp xúc với đất kéo dài và nguy cơ ô nhiễm nước ngầm được giảm.

Khả năng áp dụng:

Phytotransifying có thể được sử dụng để khắc phục các trang web bị nhiễm các hợp chất hữu cơ. Một số enzyme do thực vật sản xuất có thể phân hủy và chuyển đổi dung môi clo hóa (ví dụ, trichloroethylen), chất thải đạn dược và thuốc diệt cỏ. Công nghệ này cũng có thể được sử dụng để loại bỏ các chất gây ô nhiễm từ các khu vực hóa dầu và khu vực lưu trữ, sự cố tràn nhiên liệu, nước rỉ rác bãi rác và hóa chất nông nghiệp.

Thực hiện thành công công nghệ này đòi hỏi các hợp chất biến đổi tích lũy trong cây không độc hại hoặc ít độc hơn đáng kể so với các hợp chất gốc. Trong một số ứng dụng, biến đổi tế bào có thể được sử dụng cùng với các công nghệ khắc phục khác hoặc như một phương pháp điều trị đánh bóng.

Hạn chế:

Công nghệ này thường đòi hỏi nhiều hơn một mùa phát triển để có hiệu quả. Đất phải có độ sâu dưới 3 ft và nước ngầm trong vòng 10 ft bề mặt. Chất gây ô nhiễm vẫn có thể xâm nhập vào chuỗi thức ăn thông qua động vật hoặc côn trùng ăn nguyên liệu thực vật. Sửa đổi đất có thể được yêu cầu, bao gồm các tác nhân chelat để tạo điều kiện cho sự hấp thụ của cây bằng cách phá vỡ các chất ô nhiễm liên kết với các hạt đất.

5. Tế bào gốc:

Rhizofiltration đề cập đến việc sử dụng rễ cây để hấp thụ, cô đặc và kết tủa kim loại độc hại từ nguồn nước ngầm bị ô nhiễm. Ban đầu, những cây phù hợp với hệ thống rễ ổn định được cung cấp nước bị ô nhiễm để thích nghi với cây. Những cây này sau đó được chuyển đến vị trí bị ô nhiễm để thu thập các chất gây ô nhiễm, và một khi rễ đã bão hòa, chúng được thu hoạch. Rhizofiltration cho phép điều trị tại chỗ, giảm thiểu sự xáo trộn với môi trường.

Khả năng áp dụng:

Một nhà máy phù hợp cho các ứng dụng rhizofiltration có thể loại bỏ kim loại độc hại khỏi dung dịch trong một thời gian dài với hệ thống rễ phát triển nhanh chóng của nó. Nhiều loài thực vật đã được tìm thấy để loại bỏ hiệu quả các kim loại độc hại như Cu (2+), Cd (2+), Cr (6+), Ni (2+), Pb (2+) và Zn (2+) khỏi dung dịch nước giải pháp. Các chất ô nhiễm phóng xạ ở mức thấp cũng có thể được loại bỏ khỏi dòng chất lỏng.

Hạn chế:

Rhizofiltration đặc biệt hiệu quả trong các ứng dụng có nồng độ thấp và khối lượng nước lớn. Các nhà máy có hiệu quả trong việc chuyển vị trí kim loại vào chồi không nên được sử dụng để khử trùng vì phần còn lại của thực vật bị ô nhiễm được tạo ra.

6. Đất ngập nước xây dựng:

Các vùng đất ngập nước được xây dựng được thiết kế, các hệ sinh thái nhân tạo được thiết kế đặc biệt để xử lý nước thải, thoát nước mỏ và các vùng nước khác bằng cách tối ưu hóa các quá trình sinh học, vật lý và hóa học xảy ra trong các hệ thống đất ngập nước tự nhiên. Các vùng đất ngập nước được xây dựng có thể cung cấp xử lý nước thải hiệu quả, tiết kiệm và thân thiện với môi trường cũng như môi trường sống hoang dã.

Các hệ thống đất ngập nước được xây dựng được nhóm thành ba loại chính: bề mặt nước tự do (FWS), hệ thống dòng chảy ngầm (SFS) hoặc hệ thống thực vật thủy sinh (APS). Các hệ thống FWS, hoặc các hệ thống nền đất, bao gồm các loài thực vật thủy sinh bắt nguồn từ một nền đất trong một lưu vực đất được xây dựng có thể có hoặc không được lót tùy thuộc vào yêu cầu bảo vệ đất và nước ngầm.

Các hệ thống FWS được thiết kế để chấp nhận nước thải được xử lý sơ bộ, tốc độ thấp, trong dòng chảy, trên đỉnh của môi trường đất hoặc ở độ sâu từ 1 đến 18 inch. SFS thường là các hệ thống nền sỏi tương tự như các hệ thống FWS, tuy nhiên, thảm thực vật thủy sinh được trồng trong sỏi hoặc đá nghiền và nước thải chảy khoảng 6 inch dưới bề mặt của phương tiện truyền thông.

Tổng hợp thường có độ sâu từ 12 đến 24 inch. Không có dòng chảy bề mặt có thể nhìn thấy rõ ràng trong SFS .APS cũng tương tự như các hệ thống FWS, nhưng nước được đặt trong các ao sâu hơn và thực vật thủy sinh nổi dưới nước hoặc thực vật chìm được sử dụng.

Khả năng áp dụng:

Các vùng đất ngập nước được xây dựng có thể được sử dụng để xử lý nước thải đô thị, dòng chảy nông nghiệp, thoát nước mỏ và nước thải khác. Nhu cầu oxy sinh hóa (BOD) và tổng chất rắn lơ lửng (TSS) được giảm hiệu quả bởi các hệ thống đất ngập nước nhân tạo này.

Hạn chế:

Hướng dẫn kỹ thuật để thiết kế và vận hành các vùng đất ngập nước được xây dựng có thể bị hạn chế do thiếu dữ liệu vận hành dài hạn. Biến động và tác động theo mùa tiềm năng đối với động vật hoang dã có thể tác động tiêu cực đến hoạt động của hệ thống và đảm bảo giấy phép, tương ứng. Các lô đất tương đối lớn được yêu cầu và tiêu thụ nước cao do tốc độ thoát hơi nước lớn.