Тема 14 Использование растений

Тема 14 Использование растений и водорослей для очистки загрязненных вод и почв План лекции Особенности накопления и трансформации загрязнений растениями и водорослями. Биопруды и гидроботанические площадки. Фиторемедиация. РХТУ АЕК

Вопросы в экзаменационных билетах 1. Использование растений и водорослей для очистки загрязненных сред. Особенности накопления и трансформации загрязнений растениями и водорослями. 2. Биопруды и гидроботанические площадки в очистке загрязненных вод. 3. Фиторемедиация почв, загрязненных тяжелыми металлами. Основные методы, требования к растениям. 4. Фиторемедиация почв, загрязненных органическими ксенобиотиками. Основные методы, требования к растениям. Кн. 2, т. 2, с. 3 -59 РХТУ АЕК

Особенности накопления и трансформации загрязнений растениями и водорослями. Растения: - могут поглощать различные загрязнения и трансформировать их; - способны лишь ограниченно минерализовать органические ксенобиотики и использовать эти вещества в качестве источника энергии; - нуждаются в металлах, относящихся к жизненно важным биогенным элементам; - способны в той или иной степени извлекать тяжелые металлы из почв и водных сред; - некоторые способны извлекать металлы и концентрировать их в листьях и стеблях в значительно больших количествах, чем другие растения. РХТУ АЕК

Растения – аккумуляторы металлов – устойчивы к высоким концентрациям металлов и накапливают повышенное их количество. Растения – гипераккумуляторы металлов (металлофиты) – накапливают металлы в сверхвысоком количестве. Растения-индикаторы – накапливают селективно отдельные металлы. Растения, характеризующиеся пониженным уровнем накопления металлов по сравнению с фоновым содержанием их в среде. Коэффициент биологического поглощения Кб (коэффициент биоаккумуляции, концентрирования). Кб = Сзагрязн. в тканях раст. /Сзагрязн. в окр. ср. Кб зависит: - от вида растения, - от условий окружения (p. H, содержание кислорода, жесткость воды и др. ), - от свойств загрязнения, - различные части растения также могут иметь неодинаковый Кб. РХТУ АЕК

Проникновение загрязнений в растения (транслокационный перенос) возможно через корни и листья. В корни ксенобиотики поступают менее селективно, чем в листья. Загрязнения, попавшие в растения через корневую систему, переносятся транспирационным потоком в наземные части растений. Из органических загрязнений наиболее легко проникают и переносятся в растении умеренно гидрофобные органические загрязнения, такие как BTEX- соединения, хлорсодержащие растворители, алифатические соединения с короткой длиной углеродной цепи. Более гидрофобные соединения, такие как ПАУ, очень прочно связаны с частицами почвы или поверхностью корней. Они могут трансформироваться в корневой системе, однако их транслокация в другие части растения затруднена. Большинство водорастворимых токсикантов недостаточно эффективно сорбируются корнями, а их транспорт через мембраны клеток растений ограничен. РХТУ АЕК

Условия стресса, когда мембранный барьер нарушается, способствуют проникновению органических загрязнений в растения. В тканях растения органические ксенобиотики или продукты их трансформации могут обезвреживаться и депонироваться в результате конъюгации с определенными клеточными компонентами или лигнификации, а также испаряться через поверхность листьев или метаболизироваться растением. Часть металлов может накапливаться в вакуолях клеток растений. Трансформированные органические соединения могут оставаться в растении или экскретироваться в почву, где в дальнейшем метаболизироваться различными почвенными микроорганизмами. Применение ряда методов фиторемедиации обусловлено процессами трансформации веществ, протекающими в ризосфере. Ризосфера изобилует органическим веществом в прикорневой зоне, которое поступает с корневыми экссудатами и отмершими частями корней – корневым опадом. Здесь наиболее интенсивно протекает биологическая трансформация загрязнений в почвенной среде. Выделения из корней могут составлять от 5 до 30% от вещества, образованного в ходе фотосинтеза. Корневые выделения влияют на миграцию различных элементов. Они содержат хелаты (сидерофоры), способствующие растворению плохо растворимых фосфатов, соединений микроэлементов (железа и других металлов). В результате образования комплексов полисахаридов с тяжелыми металлами подвижность последних может уменьшиться. РХТУ АЕК

Водоросли и высшие водные растения (макрофиты) – используются в очистке загрязненных водных сред в биопрудах, на гидроботанических площадках, биоплато и аналогичных им сооружениях. Водоросли используют для очистки сточных вод в биопрудах. Встречаются они и на гидроботанических площадках , полях орошения и фильтрации. Водоросли способны разлагать органические загрязнения и аккумулировать тяжелые металлы и радионуклиды. Из высших водных и полуводных растений при очистке стоков в биопрудах и на гидроботанических площадках обычно используют рогоз, озерный камыш, осоку, тростник, манник, рдест, водяной гиацинт, болотный аир, желтый касатик, водяную мяту, частуху, ряску и другие растения, которые при необходимости легко собирать и удалять из водоема. Бентосные растения, укореняющиеся на дне 1 - Рогоз. 2 - Ситник. 3 - Стрелолист. 4 - Кувшинка. 5, 6 - Рдесты. 7 - Хара. РХТУ АЕК

Богатые биоценозы биопрудов и гидроботанических площадок позволяют практически полностью удалять остаточные количества многих соединений, обезвреживать патогенную микрофлору, яйца гельминтов. Очистка загрязненных водных сред может осуществляться не только с использованием растений-макрофитов, но и высших наземных растений, выращиваемых в условиях гидропонной культуры, а также с помощью проростков растений – зачастую более простым и экономичным методом по сравнению с использованием для этих целей зрелых растений. Совместное выращивание растений , когда вода протекает через сообщество последовательно расположенных растений: полупогруженные растения (рогозы и тростники), плавающие в воде (ряски), погруженные в воду (рдест), позволяет достичь наибольшего эффекта очистки. Совместное использование водорослей и высших водных растений в одном биопруду нецелесообразно, так как водоросли и высшие водные растения являются конкурентами. Их применяют последовательно – в каскаде прудов. Вначале используют пруд с водорослями, затем – с растениями. Применяя последовательно водоросли и высшие водные растения, можно добиться очень высоких показателей в очистке сточных вод. В воде, предварительно очищенной водорослями, например хлореллой, высшие водные растения растут и развиваются значительно лучше. РХТУ АЕК

При очистке загрязненных вод растения и водоросли используют в биопрудах и лагунах , на гидроботанических площадках , при создании искусственных болот , биоматов и биоплато , на полях орошения и фильтрации. Биопруды и гидроботанические площадки в очистке загрязненных вод. Биологические пруды ( лагуны ) – специально созданные неглубокие водоемы, где протекают естественные процессы самоочищения воды с участием населяющих их организмов. Пруды могут использоваться как самостоятельные системы очистки, так и для доочистки сточных вод, поступающих с очистных сооружений. Биопруды: - анаэробные, аэробно-анаэробные (факультативно аэробные), аэробные; - высоко- и низконагружаемые; - проточные и контактные. Аэробные (окислительные) пруды – с естественной и искусственной аэрацией. Также могут использоваться одиночные пруды и серия (каскад) прудов. РХТУ АЕК

Анаэробные пруды. Анаэробные условия наблюдаются в присутствии избытка органических веществ и недостатка кислорода. Удаляется 80– 90% ХПК при времени пребывании воды в сооружении 40– 50 сут. После анаэробной очистки требуется дальнейшая очистка сточной воды в серии проточных аэробных прудов или, если принят контактный метод очистки, в том же пруду, но в аэробных условиях. В России анаэробные пруды практически не используются в силу невысоких среднегодовых температур и образования большого количества дурнопахнущих газов при функционировании таких прудов. Аэробно-анаэробные пруды. Имеют глубину более 1, 5– 2 м и аэрируются за счет естественных процессов. В зависимости от климатических условий, от содержания загрязнений в сточной воде и от требований к качеству очищенной воды нагрузка в аэробно- анаэробных прудах колеблется в пределах 10– 300 кг БПК/га сут. РХТУ АЕК

Аэробные пруды. В аэробных прудах с естественной аэрацией насыщение воды кислородом происходит вследствие естественной атмосферной аэрации и фотосинтеза. Такие пруды имеют небольшую глубину (0, 3– 1 м), хорошо освещаются и прогреваются солнечными лучами, в результате чего интенсивно развиваются планктонные водоросли и донные высшие растения. Очищаемая вода движется в них с очень малыми скоростями. Время пребывания воды в этих прудах колеблется от 7 до 60 суток. Достоинства прудов с естественной аэрацией – простота устройства и обслуживания, минимальные эксплуатационные затраты. Недостатки – невысокие скорости изъятия и биологического окисления органических загрязнений, для очистки требуются большие площади. Аэробные пруды с искусственной аэрацией из-за интенсификации в них биохимических процессов занимают в 10– 15 раз меньшую площадь, имеют значительно меньший объем и глубину до 4– 6 м. Требуемая степень очистки воды в них обычно достигается за 1– 3 суток. По сравнению с прудами с естественной аэрацией в биопрудах с искусственной аэрацией водоросли развиваются менее активно. Это снижает объем вторичной биомассы и загрязнение воды продуктами метаболизма водорослей. Однако строительство и эксплуатация искусственно аэрируемых прудов обходятся дороже, увеличиваются эксплуатационные затраты. РХТУ АЕК

В контактных биопрудах с искусственной аэрацией очистка проводится в два этапа – аэрация и осаждение. В период аэрации сточные воды подаются в пруд, но не удаляются из него. При прекращении аэрации ил оседает и осветленная вода отводится из пруда. Чередование аэрации и осаждения осуществляется в автоматическом режиме управления. В контактных биопрудах с естественной аэрацией отстоенная сточная вода при необходимости разбавляется 3 -5 объемами чистой воды и напускается в мелкие непроточные пруды. Через 20 -30 суток вода спускается и вновь заполняется разбавленной сточной водой. Качество очистки в таких непроточных прудах выше, чем в проточных. В серийных прудах , устанавливаемых обычно на местности, имеющей уклон, неразбавленная сточная вода проходит последовательно через 4– 6 ступенчатый каскад прудов. Разведение рыбы в таких прудах бывает возможно после прохождения 3– 4 ступеней. РХТУ АЕК

Общие недостатки биопрудов. Под биопруды необходимо отводить достаточно большие земельные площади. Так как режим работы биопрудов зависит от температуры и уровня освещенности, то это создает определенные трудности для управления и стабилизации очистки. При использовании биопрудов как самостоятельных систем очистки сточные воды не должны иметь начальное БПК п > 200 мг/л – для прудов с естественной аэрацией и > 500 мг/л – для прудов с искусственной аэрацией. При БПКп > 500 мг/л необходима предварительная очистка сточных вод. В пруды для доочистки направляют сточную воду после биологической или физико-химической очистки с БПК п < 25 мг/л – для прудов с естественной аэрацией и < 50 мг/л – для прудов с принудительной аэрацией. В ходе эксплуатации биологических прудов необходим тщательный контроль за состоянием грунтовых вод (их водностью, поступлением в грунтовые воды загрязняющих веществ и динамикой их распространения). В результате фотосинтеза в прудах образуется повышенное количество биомассы , пруд зарастает водорослями и растениями, возникают проблемы вторичного загрязнения воды, поэтому из пруда необходимо периодически убирать избыточную биомассу. Температура в биопрудах должна быть не ниже 6 о С. В условиях России биопруды невозможно использовать в холодное время года , осенью они опорожняются или используются в зимнее время как накопители сточных вод. РХТУ АЕК

Гидроботанические площадки и искусственные болота, биоплато, биоматы. Получили широкое распространение уже в середине XX в. Гидроботанические площадки и искусственные болота как правило создаются на водосборах на пути недостаточно очищенных сточных вод. Биоплато и биоматы – на водохранилищах и каналах. Вследствие обширности занимаемой территории, небольшой толщины наземного водного слоя в этих системах создаются условия для достаточно хорошего обмена верхнего слоя загрязненной воды с атмосферой и его аэрации. Три типа гидроботанических площадок: - природные, - искусственные с распределением загрязненной воды по поверхности площадки, - искусственные с распределением воды в подповерхностной зоне площадки. Природные площадки могут включать постоянно обводненные облесненные участки или болота. Чаще всего они не требуют ухода, вода очищается сама, площадка функционирует без вмешательства человека. Необходимо лишь скосить траву в конце вегетации, обнести земляным валом берега и частично очистить ложе от ила. РХТУ АЕК

Свободно плавающие При создании искусственных растения гидроботанических площадок могут использоваться свободно плавающие, подводные и надводные растения. Подводные растения Искусственные площадки с распределением загрязненной воды по поверхности – неглубокие Надводные растения с искусственные болота, сооружаемые с поверхностным небольшим уклоном в низовых потоком участках с системой распределения и контроля уровня воды. Надводные растения с горизонтальным Системы с распределением воды в подповерхностным подповерхностной зоне включают потоком неглубокие площадки заполненные хорошо дренируемым материалом, Надводные например, гравием, на которых растения с вертикальным высаживают болотные растения. Вода потоком в таких системах течет под поверхностью через корневую систему растений. Системы растений для очистки загрязненных сточных вод. РХТУ АЕК

Гидроботаническая система с горизонтальным потоком. РХТУ АЕК

Гидроботаническая площадка с уклоном 2%: 1 – распределительная гребенка, 2 – грунт с корневищами, 3 – песок, 4 – гравий или щебень, 5 – подложка, 6 – приемная траншея. РХТУ АЕК

В конструкции площадки, представленной выше на рисунке, предусмотрено создание двух горизонтов: верхнего – аэробного – для закрепления растений и развития сопутствующей аэробной микрофлоры и нижнего – анаэробного – для заселения сообществом анаэробных микроорганизмов. Нижний горизонт – это слой любого химически инертного материала (гальки, щебня, битого стекла), уложенный на водоупорный слой или специально подготовленную подложку. Поверх него насыпается песок и формируется верхний слой, т. е. укладывается грунт с корневищами растений. В анаэробном слое органические вещества разлагаются с образованием CO 2 , CH 4 , NH 3. Газы, поднимающиеся из нижнего слоя, перемешивают воду между слоями, при этом на дно оседают мелкие частицы. Оставшиеся загрязнения окисляются в верхнем аэробном слое до CO 2 и H 2 O. На ботанической площадке такого типа очистка воды может идти круглый год (а не только в период вегетации растений) за счет деятельности бактерий. Созданная площадка не сразу достигает максимальной эффективности, ибо довольно медленно «созревает» (в течение нескольких сезонов). РХТУ АЕК

Преимущества гидроботанических систем: - низкая стоимость монтажа; - возможность использования местных материалов; - низкие эксплуатационные затраты; - хорошая сочетаемость с ландшафтом; - возможность служить местообитанием различных животных. Недостатки гидроботанических площадок: - требуют определенного ухода: осенью надводную зеленую массу необходимо скашивать, чтобы извлечь накопленные растениями биогенные элементы и загрязнения. Если уборку не проводить, надводная часть после окончания вегетации отмирает и засоряет площадку; - желательно, чтобы химический состав очищаемых стоков и концентрация загрязняющих веществ в поступающей на очистку воде оставались почти неизменными; - важно не допустить поступления на площадку залповых сбросов, так как они могут разрушить сформировавшийся биоценоз площадки. Избыточную биомассу растений можно использовать в качестве топлива или удобрения. В тех случаях, когда скошенная фитомасса не содержит повышенных количеств тяжелых металлов или иных вредных веществ, ее можно скармливать животным после предварительного обеззараживания, например, силосованием. РХТУ АЕК

Фиторемедиация Использование растений для очистки и ремедиации почв , загрязненных грунтов и донных осадков составляет предмет деятельности фиторемедиации (иногда называемой «зеленой ремедиацией» ). Часто фиторемедиация позволяет совмещать мероприятия по очистке и восстановлению свойств почвы с благоустройством территории. РХТУ АЕК

ОЗт CO 2 H 2 O ТМ HCl CO 2 H 2 O ТМ Варианты ТМ ОЗ ТМ фиторемедиации. Фитоэкстракция Фитодеградация Фитоиспарение ТМ – тяжелые металлы, ОЗ – органические загрязнения, ОЗт – трансформированные органические загрязнения. CO 2 CO 2 H 2 O ТМ ОЗ ТМ Ризосферная Фитостабилизация Ризофильтрация биоремедиация РХТУ АЕК

Фитоэкстракция При фитоэкстракции (иногда называемой фитоаккумуляцией , а применительно к извлечению радионуклидов – фитодезактивацией ) загрязнения поступают из почвы в растения через корневую систему, концентрируются в их наземных тканях (листьях и стеблях) и удаляются из окружающей среды при сборе урожая растений. Загрязненную растительную массу можно затем высушить (на солнце, на воздухе или обогревом), сжечь (или озолить), переработать (компостированием, анаэробным сбраживанием, выщелачиванием, экстракцией загрязнений растворителями), извлечь полезные компоненты, спрессовать и уплотнить, захоронить на специальных участках. Эффективность фитоэкстракции обусловлена: - способностью растения к росту на загрязненной почве, - способностью к поглощению тяжелых металлов, - урожайностью растения, - фитодоступностью элемента в почве. Фитодоступность элемента сильно зависит: - от вида элемента, - от концентрации элемента в почвенной среде, - от почвенных условий, - погодных и климатических условий. РХТУ АЕК

При фитоэкстракции используются растения – гипераккумуляторы тяжелых металлов и радионуклидов. Всего к настоящему времени выявлено около 400 видов растений- гипераккумуляторов. Большинство из них (около 300) накапливают Ni. В повышенных концентрациях могут накапливаться Zn, Cd, Cu, Co, Pb, Cr, Mn, Se, S , B, F. Однако не каждое растение-гипераккумулятор пригодно для фиторемедиации. Растение должно не только отличаться способностью накапливать загрязнения и быть устойчивым к ним, но и давать высокий урожай, селективно извлекать загрязнения. Растения, которые аккумулируют загрязнения главным образом в корневой системе, непригодны для фитоэкстракции, поскольку сбор корней затруднителен и требует больших затрат. Биомасса с накопленными загрязнениями должна быть наземной. Наземная фитомасса может быть собрана с помощью обычной сельскохозяйственной техники и перевезена на места складирования и переработки. С учетом возможностей акклиматизации и урожайности подобран ряд растений, которые могут использоваться для извлечения металлов из загрязненных почв. РХТУ АЕК

Некоторые растения, предложенные для удаления металлов методом фитоэкстракции Растение Аккумули Количество Примечания -руемые извлекаемого элемент металла за сезон ы Горчица Se, S, B, 90 Sr – 5– 20% от В США, Западной Европе, в Украине (зона сарептская Pb, Cr, суммарного Чернобыльской АЭС) (Brassica juncea) Cd, Ni, Zn, количества в Cu, 90 Sr почве Кб = 12 для 90 Sr Гибискус (Hibiscus) Co В Западной Европе Альпийская ярутка Zn, Cd накопление в Относится к семейству крестоцветных (денежник, Thlaspi листьях до 27 г (Brassicaceae) caerulescens) Zn/кг сухой массы; удаление Zn до 30– 100 кг/га за сезон Горец (Polygonum) Cd, Pb, Zn Cd – 1– 2 кг/га В Западной Европе для очистки бывших Pb – 20– 30 кг/га военных полигонов Zn – 300– 400 кг/га Гречиха посевная Ni до 11000 Калифорния (США) (Fagopyrum esculentum) Ива (Salix) Ni, Zn, Cd, Преимущества – высокая скорость роста и Pb оборот растительной массы на загрязненном участке, образование защитного экрана для земли и РХТУ АЕК

Люцерна посевная Ni, другие Кб ~ 2 для содержания Симбиотична с (Medicago sativa L. ) тяжелые Ni в побегах; углеводороддеградирующими металлы, Pu – до 6 МБк/кг бактериями Pu Ситник сплюснутый Zn, Cd, Pb (Juncus compressus) Растение Аккумулир Количество Примечания уе-мые извлекаемого элементы металла за сезон Рапс Cd 0, 3 кг/га при (Brassica napus L. ) урожайности 10 т/га и содержании Cd в биомассе 30 мг/кг Жгучая крапива (Urtica Cu, Ni, Cd, Одновременное использование dioica) Cr, Pb для фиторемедиации и как сыре для производства растительного волокна Лен (Linum Cu, Ni, Cd, Одновременное использование usitatissimum) Cr, Pb для фиторемедиации и как сыре для производства растительного волокна Смолевка Zn, Cu широколистная (хлопушка, Silene latifolia) Томат (Lycopersicon Pb, Zn, Cu lycopersicum) РХТУ АЕК

Фитотрансформация, фитодеградация, фитоиспарение При фитотрансформации и фитодеградации используется способность ферментных систем некоторых растений трансформировать или деградировать ряд органических загрязнений. Поступившие через корневую систему летучие органические загрязнения могут выделяться в атмосферу через листья в нетрансформированном или трансформированном виде и в дальнейшем с большей скоростью, чем в почве или грунтовых водах, претерпевать химические и фотохимические превращения в атмосфере. В таких случаях растения можно использовать для извлечения токсикантов из почвы или водной среды (метод фитоиспарения). Фитоиспарение возможно и для некоторых химических элементов, в частности, ртути и селена, а также метилированных металлов, мышьяка и селена. Однако такой метод фиторемедиации относительно эффективен только при высоких концентрациях токсикантов и не нашел широкого практического применения. РХТУ АЕК

Фитостабилизация – использование растений для уменьшения мобильности загрязнений в почве, их выщелачивания в грунтовые воды, распространения с водными или воздушными потоками, по пищевым цепям. Наиболее часто фитостабилизацию применяют для уменьшения подвижности тяжелых металлов. В результате физико-химических или химических процессов, протекающих в прикорневой зоне, металлы адсорбируются или осаждаются вблизи или на корнях растений в виде карбонатов, сульфидов, фосфатов или гидроксидов. Также при фитостабилизации снижается эрозия почв. Фитостабилизацию применяют для снижения миграции загрязнений с полигонов отходов, мусорных свалок и т. п. Фитостабилизацию часто рассматривают как один из этапов рекультивации почвы и восстановления нарушенных почвенных экосистем и применяют совместно с известкованием, внесением органических мелиорантов, структураторов для понижения кислотности почв, фитотоксичности тяжелых металлов и улучшения условий роста растений. В фитостабилизации используют растения, устойчивые к загрязнениям, способные быстро образовывать плотный растительный (травянистый) покров и иммобилизовать загрязнения в почве в результате интенсивного корневого обмена или осаждения. Эти растения должны иметь низкую способность к аккумуляции загрязнений в наземной зеленой биомассе, чтобы избежать необходимости переработки убранной загрязненной фитомассы. РХТУ АЕК

Могут быть использованы и растения – гипераккумуляторы металлов. С помощью фитостабилизации задача уменьшения риска проникновения загрязнений в окружающую среду, особенно на больших площадях, часто решается меньшими средствами по отношению к фитоэкстракции. Это обусловлено меньшими затратами на переработку и использованием менее загрязненной растительной массы. Кроме того, при фитостабилизации наземную фитомассу и продукты ее переработки можно в последующем запахивать в почву загрязненного участка. В этом случае уменьшается общее количество отходов, увеличивается содержание органического вещества в почве, улучшаются почвенные условия, образуется «чистый» почвенный слой поверх исходных контаминированных слоев, что снижает риск распространения загрязнений. Фитостабилизация не устраняет количество загрязнений в окружающей среде, поэтому необходим мониторинг загрязненных участков с отслеживанием миграции и трансформации поллютантов и предотвращения их проникновения в грунтовые или поверхностные воды и атмосферу. РХТУ АЕК

Ризосферная биоремедиация В ризосферной биоремедиации (иногда называемой ризосферной биодеградацией , ризодеградацией , фитостимулированием ) органические соединения разлагаются при совместном действии растений и микроорганизмов, обитающих в прикорневой зоне растений – ризосфере. Ризосферной биоремедиации сопутствуют и такие процессы как фитоиспарение, фитодеградация, гумификация, накопление органического вещества в почве. Типичное применение ризосферной биоремедиации – очистка почв, загрязненных нефтью и нефтепродуктами, BTEX , ПАУ, ПХБ и другими ароматическими соединениями гидрофобной природы, гербицидами алахлор и атразин. Проникновение этих соединений в растения затруднено и их разложение происходит в ризосфере в аэробных условиях. Для проведения фиторемедиации в почвы вносятся удобрения и высеваются луговые травы, бобовые культуры. Также могут использоваться растения, секретирующие в составе корневых выделений повышенные количества веществ с фенолсодержащими группами , такие как шелковица и маклюра (американский апельсин, "конское яблоко"). Эти вещества индуцируют у микроорганизмов синтез ферментов, участвующих в деградации ПАУ, ПХБ и других соединений с ароматическими группами. В частности, в благоприятных почвенных условиях в результате ризодеградации за один сезон вегетации может быть разложено около половины ПАУ, присутствующего в прикорневой зоне. РХТУ АЕК

Фитозаградительные барьеры сооружают на пути миграции массы загрязнения, находящейся в верхних горизонтах почвы, или загрязненной верховодки для замедления скорости движения или изменения его направления. Одновременно при движении контаминанта через фитобарьер часть его может разлагаться. Такая технология может использоваться для удаления хлорорганических растворителей (ТХЭ и др. ), BTEX -соединений, нитратов. В качестве растений используют деревья-фреатофиты или хорошо развивающиеся в условиях обводнения: гибридный и трехгранный тополя, иву, эвкалипт, тамариск. Особенность таких растений – их корневая система не заглубляется существенно ниже зеркала грунтовых вод, а разрастается и поглощает воду в капиллярной зоне. При этом может наблюдаться понижение верхнего уровня грунтовых вод, а с этим меняться направление и скорость движения загрязнений – происходит миграция к корням растений, создаются условия для аэрации верхнего почвенного горизонта, поглощения загрязнений растениями и/или биотрансформации загрязнений в ризосферной зоне. РХТУ АЕК

Для сооружения фитозаградительного барьера деревья высаживают или в ряд перпендикулярно фронту движения загрязнения или непосредственно над зоной наибольшего загрязнения. Используют заглубленную посадку на глубину 1, 5 м и более для того, чтобы ускорить развитие и обеспечить доступ корней в капиллярную зону и к загрязненной грунтовой воде. Недостаток фитозаградительных технологий – в большинстве случаев они эффективны только в летний сезон при уровне грунтовых вод выше 3, 5– 4 м. Поэтому часто фитобарьеры используют совместно с физическими сорбционными барьерами. Для создания фитозаградительных барьеров на городских территориях, вдоль автомагистралей с целью защиты воздушной среды могут использоваться растения, устойчивые к загазованности, задымлению, выбросам тяжелых металлов, засолению. РХТУ АЕК

Изолирующий растительный покров Почвенный покров с растениями может использоваться для контроля инфильтрации атмосферных вод и изоляции мест захоронения промышленных, бытовых и других отходов, твердых осадков, извлеченных донных илов от проникновения дождевых и талых вод вместо глиняных, цементных, асфальтовых, геосинтетических покрытий. Растения изменяют водный баланс на участках захоронения и уменьшают количество дренажных вод и выщелоченных загрязнений. Такая технология дешевле и особенно эффективна в условиях засушливого климата, при которых высока вероятность нарушения целостности глиняного покрова вследствие иссушения и растрескивания глины. Растения, используемые для создания изолирующего покрова, должны отвечать следующим требованиям: - повышение степени изоляции, в частности, путем стабилизации почвенного покрова, повышенной эвапотранспирации, - отсутствие угрозы нарушения целостности покрова, - возможность использования площадки в различных целях, - выполнение ландшафтно-восстановительных функций. РХТУ АЕК

Ризофильтрация – использование корневой системы растения для удаления тяжелых металлов, радионуклидов из загрязненных стоков, поверхностных или грунтовых вод. Растения абсорбируют в тканях корней, адсорбируют на поверхности корней, осаждают и концентрируют токсичные металлы в прикорневой зоне. В отличие от фитоэкстракции металлы не переносятся в наземную часть растений. Идеальное растение для ризофильтрации должно иметь быстрорастущую корневую систему со способностью поглощать токсичные металлы из раствора на протяжении длительного времени. Для уменьшения загрязненной и требующей дальнейшей переработки фитомассы растения, используемые для ризофильтрации, должны иметь низкую способность к транслокации тяжелых металлов в стебли и листья. Ризофильтрацию проводят с использованием наземных растений, выращиваемых в условиях гидропонной культуры. Растения первоначально высаживают в лотки, омываемые чистой водой, или в почву. После того, как корневая система достаточно хорошо развилась, растения распределяют в лотках и омывают водой при постепенном повышении содержания загрязнений. Металлы аккумулируются в корневой системе. Затем корни собирают, высушивают, компостируют, озоляют, а получаемые компактизированные остатки при необходимости подвергают дальнейшей обработке и/ или захоранивают. РХТУ АЕК

В качестве растений, успешно апробированных в методе ризофильтрации, хорошо зарекомендовал себя подсолнечник. При ризофильтрации растения в состоянии поглотить до 60% тяжелых металлов от своего сухого веса. Ризофильтрация особенно эффективна и экономически целесообразна при небольших концентрациях загрязнений и больших объемах очищаемой воды. Вместе с тем этот метод можно применять для очистки даже жидких радиоактивных отходов. Однако часто этот метод оказывается более дорогим, чем традиционные методы удаления металлов из загрязненных вод. Эффективность ризофильтрации можно повысить, комбинируя ее с использованием микроорганизмов. Для этого специально выращенные микроорганизмы добавляют к растениям при обработке семян или смешивают с ирригационной водой. РХТУ АЕК

Основные преимущества методов фиторемедиации: - низкие затраты по сравнению с другими методами; - экологическая совместимость , благоприятное воздействие на ландшафты и их эстетическое восприятие. Целостность природных биотопов при этом не нарушается. Они могут использоваться для реабилитации территорий, измененных индустриальной деятельностью; - совместное использование микробиологической ремедиации и фиторемедиации позволяет одновременно и очистить почву и осуществить рекультивацию загрязненного участка. РХТУ АЕК

Недостатки фиторемедиации: - Низкие скорости очистки. Так, для очистки почв методами фитоэкстракции и фитодеградации может потребоваться 10 лет и более. Даже самые эффективные растения-гипераккумуляторы очищают загрязненный участок лишь за 10– 20 лет непрерывного культивирования. Очистка загрязненных участков ризосферной биоремедиацией может потребовать от 2 до 10 лет. Поэтому фиторемедиация не подходит для загрязненных участков, которые представляют непосредственный риск здоровью населения или угрозу окружающей среде и требуют немедленной очистки. - Большинство растений, используемых для фиторемедиации, распространяют свои корни до глубины 0, 3– 10 м, поэтому загрязнения, находящиеся достаточно глубоко в почве, становятся недоступны растениям. - Растения хорошо растут только при благоприятных почвенных условиях (текстура почв, водоудерживающая способность, p. H, хорошая аэрация и др. ), должны иметь доступ к достаточному количеству воды для поддержания роста и метаболизма, поэтому может потребоваться ирригация на засушливых местах. - Эффективность растений при изъятии некоторых поллютантов невысока, что приводит к загрязнению грунтовых вод. РХТУ АЕК