استخدام النباتات لإزالة الملوثات من التربة والمياه الجوفية (تقنيات المعالجة النباتية)

يشير مصطلح المعالجة النباتية إلى استخدام النباتات لإزالة الملوثات من التربة والمياه الجوفية ، أو للمساعدة في تدهور الملوثات إلى شكل أقل سمية.

بعض النباتات قادرة على استخراج وتركيز عناصر معينة من البيئة ، وبالتالي توفير وسيلة دائمة للعلاج. يمكن حصاد الأنسجة النباتية الغنية بالملوثات المتراكمة ومعالجتها بأمان.

ويحدث العلاج أيضًا عندما تتسبب البكتيريا على جذور النبات في تدهور الأنواع الملوثة ، أو عندما ترسم الجذور الرطوبة الأرضية الملوثة بالقرب من السطح ، مما يعرض الأنواع الملوثة للميكروبات في بيئة تحتوي على أكسجين أعلى. يتم تقديم بعض التقنيات في هذا القسم. وهم على النحو التالي:

1. Phytoextraction:

ويعرف استخدام النباتات لإزالة الملوثات من البيئة وتركيزها في الأنسجة النباتية فوق الأرض باسم phytoextraction.

القابلية للتطبيق:

تم توظيف Phytoextraction في المقام الأول لاستعادة المعادن الثقيلة من التربة ومع ذلك ، هذه التكنولوجيا تنطبق الآن على مواد أخرى في وسائل الإعلام المختلفة. ويجري حالياً بحث النظم المائية القائمة على البيوت البلاستيكية التي تستخدم النباتات ذات امتصاص الجذور الملوثة العالية وضعف نقلها إلى البراعم من أجل إزالة المعادن الثقيلة والنويدات المشعة من المياه.

يشار إلى هذه النباتات أيضا باسم hyperaccumulators. تحتاج النباتات ذات معدلات النمو المرتفعة (> 3 أطنان من المادة الجافة / الهكتار - السنة) والقدرة على تحمل تركيزات عالية من المعادن في الأجزاء القابلة للحصد من النباتات (> 1000 ملجم / كجم) للعلاج العملي.

محددات:

يقتصر الاستخراج الفعال للمعادن السامة من قبل hyperaccumulators على أعماق التربة الضحلة تصل إلى 24 بوصة. إذا كان التلوث في أعماق أكبر بكثير (على سبيل المثال ، 6 إلى 10 أقدام) ، يمكن استخدام أشجار الحور العميقة الجذور ، ومع ذلك ، هناك قلق حول فضلات الأوراق والبقايا السامة المرتبطة بها.

على الرغم من وجود خصائص تراكم المعادن واعدة ، تفتقر hyperaccumulators المتاحة حاليا إنتاج الكتلة الحيوية المناسبة ، والقدرة على التكيف الفسيولوجية إلى الظروف المناخية المتفاوتة ، والقدرة على التكيف مع التقنيات الزراعية الحالية.

2. Phytostabilization:

تتضمن عملية التبادل الخلوي تقليل حركة المعادن الثقيلة في التربة. يمكن تحقيق خلع المعادن عن طريق تقليل الغبار الذي يحمله الهواء ، وتقليل تآكل التربة ، والحد من قابلية الذوبان بالملوثات أو التوافر البيولوجي للسلسلة الغذائية. يمكن أن تؤدي إضافة تعديلات التربة ، مثل المواد العضوية ، والفوسفات ، والعوامل القلوية ، والمواد الصلبة الحيوية إلى تقليل قابلية ذوبان المعادن في التربة وتقليل الترشيح إلى المياه الجوفية.

يتم تقليل حركة الملوثات عن طريق تراكم الملوثات عن طريق جذور النباتات ، أو الامتصاص على الجذور ، أو الترسيب داخل منطقة الجذر. في بعض الحالات ، يمكن تحقيق التحكم الهيدروليكي لمنع هجرة العصارة بسبب الكمية الكبيرة من المياه التي تتخللها النباتات.

القابلية للتطبيق:

إن اﺳﺘﺨﺪام ﻓﺎﻋﻠﻴﺔ اﺳﺘﺨﻼص اﻟﻔﻮاآﻪ ﻟﻠﺤﻔﺎظ ﻋﻠﻰ اﻟﻔﻠﺰات ﻓﻲ ﻣﻮﻗﻌﻬﺎ اﻟﺤﺎﻟﻲ ﺟﺬاب ﺑﺸﻜﻞ ﺧﺎص ﻋﻨﺪﻣﺎ ﻻ ﻳﻜﻮن ﻣﻦ اﻟﻤﻤﻜﻦ ﺗﻄﺒﻴﻖ أﺳﺎﻟﻴﺐ أﺧﺮى ﻹﺻﻼح ﻣﻨﺎﻃﻖ واﺳﻌﺔ اﻟﻨﻄﺎق ذات اﻧﺨﻔﺎض ﻓﻲ اﻟﺘﻠﻮث. يصعب علاج ذلك في الأماكن التي ترتفع فيها نسبة تركيز المعادن بسبب سمية التربة. يجب أن تكون النباتات قادرة على تحمل مستويات عالية من الملوثات ، ولديها إنتاج عالي من الكتلة الحيوية للجذور مع القدرة على شل الملوثات ، والقدرة على حمل الملوثات في الجذور.

محددات:

تثقيف Phytostabilization مفيد في المواقع ذات التلوث الضحل وحيث يكون التلوث منخفضًا نسبيًا. النباتات التي تتراكم المعادن الثقيلة في الجذور وفي منطقة الجذر عادة ما تكون فعالة في أعماق تصل إلى 24 بوصة. قد تحدّ المعادن التي تنتقل بسهولة إلى الأوراق في النباتات من قابلية تطبيق phytostabilization بسبب التأثيرات المحتملة على السلسلة الغذائية.

3. phytostimulation:

إن التحلل النباتي ، الذي يُشار إليه أيضًا بتعزيز التحلل البيولوجي لجذور الريزوسفير ، أو إعادة التحلل ، أو المعالجة الحيوية / التدهور بمساعدة النبات ، هو انهيار الملوثات العضوية في التربة عن طريق تعزيز النشاط الميكروبي في منطقة جذر النبات أو منطقة الجذور. يتم تحفيز النشاط الميكروبي في منطقة الجذور بعدة طرق: 1. المركبات ، مثل السكريات ، والكربوهيدرات ، والأحماض الأمينية ، والأسيتات ، والإنزيمات ، التي تفرزها الجذور تثري سكان الميكروبات الأصليين ؛ 2. أنظمة الجذر جلب الأكسجين إلى الجذور ، والذي يضمن التحولات الهوائية. 3 الكتلة الحيوية الدقيقة تزيد من الكربون العضوي المتاح ؛ يمكن للفطريات الميكوريزاوية ، التي تنمو داخل منطقة الجذور ، أن تتحلل من الملوثات العضوية التي لا يمكن تحويلها فقط عن طريق البكتيريا بسبب مسارات إنزيمية فريدة ؛ 5. تم تعزيز الموائل لزيادة التجمعات الميكروبية والنشاط من قبل النباتات.

القابلية للتطبيق:

هذه الطريقة مفيدة في إزالة الملوثات العضوية ، مثل مبيدات الآفات ، والمركبات العطرية ، والهيدروكربونات العطرية متعددة النوى (PAHs) ، من التربة والرسوبيات. كما تم استهداف المذيبات الملوثة في مواقع العرض.

محددات:

يجب أن يكون للمواقع التي يتم فيها تنفيذ phytostimulation مستويات منخفضة من التلوث في المناطق الضحلة. مستويات عالية من الملوثات يمكن أن تكون سامة للنباتات.

4. التحول الغذائي:

تحويل النبات ، والذي يشار إليه أيضًا باسم التحلل النباتي ، هو تكسير الملوثات العضوية التي تحتجزها النباتات عن طريق: (1) العمليات الأيضية داخل النبات ؛ أو (2) تأثير المركبات ، مثل الأنزيمات ، التي تنتجها المحطة. تتحلل الملوثات العضوية إلى مركبات أبسط يتم دمجها مع الأنسجة النباتية ، والتي بدورها تعزز نمو النبات. تعتمد إعادة تصنيع الموقع عن طريق التحول الغذائي على امتصاص الملوثات مباشرة من وسائل الإعلام والتراكم في الغطاء النباتي.

إن إطلاق الملوثات المتطايرة في الغلاف الجوي عن طريق النتح النباتي ، المسمى بالتحلل النباتي ، هو شكل من أشكال تحويل النبات. على الرغم من أن نقل الملوثات إلى الغلاف الجوي قد لا يحقق الهدف المتمثل في العلاج الكامل ، إلا أنه قد يكون من المرغوب أن يكون التلقيح النباتي مرغوبا في التعرض الطويل للتربة ، كما أن خطر تلوث المياه الجوفية قد انخفض.

القابلية للتطبيق:

يمكن استخدام تحويل النبات لمعالجة المواقع الملوثة بالمركبات العضوية. بعض الإنزيمات التي تنتجها النباتات قادرة على تكسير وتحويل المذيبات المكلورة (مثل ثلاثي كلور إيثيلين) ، ونفايات الذخيرة ، ومبيدات الأعشاب. كما يمكن استخدام هذه التقنية لإزالة الملوثات من المواقع البتروكيماوية ومناطق التخزين ، وانسكاب الوقود ، ومواد ردم النفايات ، والمواد الكيميائية الزراعية.

يتطلب التنفيذ الناجح لهذه التقنية أن تكون المركبات المحولة المتراكمة داخل النبات غير سامة أو أقل سمية بشكل ملحوظ من المركبات الأم. في بعض التطبيقات ، يمكن استخدام تحويل الأغذية بالتنسيق مع تكنولوجيات العلاج الأخرى أو كمعالجة تلميع.

محددات:

تتطلب هذه التقنية عادةً أكثر من موسم نمو واحد أن تكون فعالة. يجب أن تكون التربة أقل من 3 قدم في العمق والمياه الجوفية على بعد 10 أقدام من السطح. قد لا تزال الملوثات تدخل السلسلة الغذائية من خلال الحيوانات أو الحشرات التي تأكل المواد النباتية. قد تكون هناك حاجة لتعديلات التربة ، بما في ذلك العوامل المخلبية لتسهيل امتصاص النبات عن طريق كسر الملوثات الملزمة لجسيمات التربة.

5. ريزوفلتريشن:

يشير مصطلح ريزوفلتريشن إلى استخدام جذور النباتات لامتصاص ، تركيز ، وترسيب المعادن السامة من المياه الجوفية الملوثة. في البداية ، يتم تزويد النباتات المناسبة ذات أنظمة الجذر المستقرة بالمياه الملوثة للتأقلم مع النباتات. ثم يتم نقل هذه النباتات إلى الموقع الملوث لجمع الملوثات ، وعندما يتم تشبع الجذور ، يتم حصادها. يسمح ريزوفلتريشن بالمعالجة في الموقع ، مما يقلل الاضطراب إلى البيئة.

القابلية للتطبيق:

يمكن لمصنع مناسب لتطبيقات rhizofiltration إزالة المعادن السامة من المحلول على مدى فترة طويلة من الزمن مع نظام جذر النمو السريع. تم العثور على أنواع نباتية مختلفة لإزالة المعادن السامة بشكل فعال مثل Cu (2+) ، Cd (2+) ، Cr (6+) ، Ni (2+) ، Pb (2+) و Zn (2 +) من مائي الحلول. يمكن أيضا إزالة الملوثات المشعة مستوى منخفض من تيارات السائل.

محددات:

يعتبر ريزوفلتريشن فعالا بشكل خاص في التطبيقات التي تنطوي على تركيزات منخفضة وكميات كبيرة من المياه. يجب عدم استخدام النباتات التي تكون فعالة في نقل المعادن إلى البقع من أجل rhizofiltration لأنه يتم إنتاج المزيد من بقايا النباتات الملوثة.

6. الأراضي الرطبة المبنية:

والأراضي الرطبة المبنية هي أنظمة بيئية هندسية من صنع الإنسان صممت خصيصا لمعالجة مياه الصرف الصحي وتصريف الألغام والمياه الأخرى عن طريق تحسين العمليات البيولوجية والفيزيائية والكيميائية التي تحدث في نظم الأراضي الرطبة الطبيعية. يمكن للأراضي الرطبة المبنية أن توفر معالجة فعالة واقتصادية وسليمة بيئياً لمياه الصرف الصحي ، وكذلك تعمل كموائل للحياة البرية.

يتم تجميع أنظمة الأراضي الرطبة المبنية في ثلاثة أنواع رئيسية هي: سطح الماء الحر (FWS) ، وأنظمة التدفق تحت السطحي (SFS) ، أو أنظمة النباتات المائية (APS). تتكون أنظمة FWS ، أو أنظمة الركيزة للتربة ، من النباتات المائية المتجذرة في ركيزة التربة داخل حوض ترابي تم إنشاؤه أو قد لا يتم تبطينه تبعاً لنفاذية التربة ومتطلبات حماية المياه الجوفية.

تم تصميم أنظمة FWS لقبول مياه الصرف المعالجة بسرعة منخفضة ، في تدفق المكونات ، فوق سطح التربة أو على عمق يتراوح بين 1 و 18 بوصة. عادة ما تكون SFS أنظمة الركائز الحصوية التي تشبه أنظمة FWS ، ومع ذلك ، تزرع النباتات المائية في الحصى أو الحصى وتدفقات مياه الصرف الصحي ما يقرب من 6 بوصات تحت سطح الوسائط.

وعمومًا ، يتراوح إجمالي العمق بين 12 و 24 بوصة. لا يوجد أي تدفق واضح للعيان في SFS .APS يشبه أنظمة FWS ، ولكن الماء موجود في أحواض أكثر عمقاً ، وتستخدم النباتات المائية العائمة أو النباتات المغمورة.

القابلية للتطبيق:

يمكن استخدام الأراضي الرطبة المبنية لمعالجة مياه الصرف الصحي البلدية ، والجريان السطحي الزراعي ، وتصريف الألغام ، والنفايات السائلة الأخرى. يتم تقليل الطلب على الأوكسجين الكيميائي الحيوي (BOD) والمواد الصلبة الكلية العالقة (TSS) بفعالية من خلال أنظمة الأراضي الرطبة التي هي من صنع الإنسان.

محددات:

قد تكون التوجيهات الفنية لتصميم وتشغيل الأراضي الرطبة المبنية محدودة بسبب عدم وجود بيانات تشغيلية طويلة الأجل. قد تؤثر التقلبية الموسمية المحتملة وتأثيرها على الحياة البرية سلبًا على تشغيل النظام وتأمين التصاريح ، على التوالي. هناك حاجة لطرود كبيرة نسبيا من الأراضي واستهلاك المياه مرتفع بسبب معدلات التبخر الكبيرة.