Welkom bij Moderne landbouw !
home

Bioremediatie en het gebruik ervan tegen milieuvervuiling

Invoering

Milieuvervuiling is een gelijktijdig opkomend probleem, aangezien de moderne beschaving zich snel ontwikkelt. Het probleem wordt met de dag erger.

Er is ook een toename van de concentratie van niet-biologisch afbreekbare verontreinigende stoffen en toxines. De dreiging van koolwaterstofverontreiniging als gevolg van de activiteiten van aardolieraffinaderijen, accidentele lozingen van aardolieproducten, en natuurlijke fenomenen is alarmerend.

Om het risico op verontreinigingsrisico's te verkleinen, effectieve beheerstrategieën zijn toegepast. Echter, deze strategieën zijn niet milieuvriendelijk, zijn duur, en zijn minder effectief.

Aan de andere kant, door verschillende micro-organismen te gebruiken om verontreinigingen uit het milieu en water te verwijderen, bioremediatie wordt beschouwd als een van de meest veelbelovende, populair, effectief, en duurzame strategieën in het veld van vandaag.

Bij bioremediatie, specifieke microben voeden en verteren de giftige chemische verontreinigende stoffen. Het blijkt een van de meest succesvolle en milieuvriendelijke tools te zijn voor het reinigen van voor mensen onbereikbare locaties.

Een integraal onderdeel van bioremediatie is biotechnologie, die natuurlijke mechanismen biedt voor het ontsmetten van het milieu, bodem, en water. Wanneer verontreinigingen industrieel afval zijn, biotechnologische mechanismen worden toegepast op bioremediatie. Wetenschappers doen meer moeite om het vermogen van microben om toxines te metaboliseren te verbeteren.


Natuurlijke zware metalen in het milieu

De term "Zwaar metaal" wordt toegepast op 53 van de 90 natuurlijk voorkomende elementen. Uit deze, er zijn vier essentiële micronutriënten voor plantengroei:koper (Cu), Mangaan (Mn), IJzer (Fe), en zink (Zn).

Essentiële zware metalen (Ni, pb, Fe, mn, Cu en Zn) zijn de micronutriënten die essentieel zijn voor belangrijke biochemische en fysiologische activiteiten van plantengroei Pawan Kumar, 1995

Echter, als hun concentraties hoger zijn dan die vereist voor normale groei, ze zullen giftig zijn. Aanvullend, metalen zoals Mercurius (Hg), Cadmium (Cd), en lood (Pb) zijn zelfs in zeer lage concentraties giftig.

Niet-essentiële zware metalen (Cd, Hg, pb, Cr en as) hebben geen bekende biologische of fysiologische functie en worden daarom als niet significant beschouwd voor plantengroei en -ontwikkeling Pawan Kumar, 1995


Giftigheid van zware metalen voor mens en dier

Zware metalen in beide categorieën zijn giftig voor planten, mensen, en dieren in te hoge concentraties. Daarom, hogere concentraties van zowel essentiële als niet-essentiële zware metalen in het biologische systeem kunnen een negatieve invloed hebben op de groei en ontwikkeling en kunnen ook nadelige gezondheidseffecten veroorzaken.

Deze metalen kunnen bestaan ​​als afzonderlijke entiteiten of in samensmelting met verschillende bodembestanddelen die kunnen bestaan ​​uit oplosbare metaalionen in de oplossing of uitwisselbare ionen die worden geabsorbeerd op het oppervlak van organische of anorganische metaalverbindingen zoals fosfaten en carbonaten.Mridul Ghosh, 2005

Er zijn verschillende effecten geassocieerd met toxiciteit voor zware metalen, zoals Selenium toxiciteit (9 mg/dag), wat kan leiden tot misvormde vingernagels bij mensen en alkalische ziekten bij dieren.

De toxische effecten van Cadmium (200 microgram/kg-1 vers gewicht) verstoren de normale functies van zink en calcium. Cadmiumtoxiciteit is de oorzaak van “ itai-itai “, een multisysteemstoornis ziekte, wat ernstige osteoporose en botfragiliteit veroorzaakt.

De " Minamata Ziekte (Japan 1953-60) kan ook worden veroorzaakt door: kwik toxiciteit (>0,1 microgram/kg lg). Veel mensen stierven als gevolg van met kwik verontreinigde vis.

Weefselafwijkingen werden waargenomen in het centrale zenuwstelsel, foetus en rode bloedcellen omdat ze gevoeliger zijn voor verontreiniging met methylkwik (27-102 ppm).

Een giftige dosis van arseen- (3 mg/dag) kan huidkanker veroorzaken, hyperkeratose, hyperpigmentatie, zwarte voet, en inwendige orgaankanker.

Vrije radicalen worden geproduceerd door redox-actieve overgangsmetalen (bijv. Fe2+ ​​en Cu2+). Eigenlijk, ze vervangen andere essentiële metalen in enzymen en pigmenten.

Enkele metaalionen (Hg2+, Cu2+) kan de eiwitstructuur en -functie verstoren door te reageren met thiolgroepen.

Er zijn enkele metalen die voorkomen als radioactieve isotopen (238U, 137Cs, enz.) die gezondheidsrisico's opleveren.

De concentraties van zware metalen in de bodem en hun standaard reglementaire limieten worden weergegeven in de onderstaande tabel:

elementen Concentratie (mg/kg) Standaard wettelijke limiet (mg/kg)
Arseen 0,1-102 20
Cadmium 0,1-345 100
Chroom 0,005-3950 100
Koper 0,03-1550 600
Leiding 1-6900 600
kwik 0,001-1800 270
Zink 0,15-5000 1500
Zout et al., 1998


Traditionele methoden voor verbetering van zware metalen

Wat de sanering van zware metalen betreft, de meest voorkomende en conventionele benaderingen zijn storten, thermische behandeling, opgraving en begrafenis, ionenuitwisseling, land landbouw, chemische extractie, grond wassen, en grondwaterwinning en -behandeling.

Traditionele oplossingen zijn onwenselijk omdat ze hoge kosten met zich meebrengen, zijn opdringerig van aard, kan niet altijd worden uitgevoerd, kan de bodemstructuur en CEC vernietigen, ecosystemen destabiliseren, zijn esthetisch onaantrekkelijk, en matige resultaten opleveren.


Fytoremediatie van zware metalen

Het concept om de natuur te gebruiken om de natuur schoon te maken is gebaseerd op een milieuvriendelijk, kostenefficiënt, door zonne-energie aangedreven technologie die esthetisch aangenaam en kosteneffectief is.

Wat is fytoremediatie?

Een methode voor het verwijderen, vernederend, of bevattende chemische verontreiniging vanuit de bodem, sedimenten, grondwater, oppervlaktewater, en zelfs de lucht met behulp van planten en de bijbehorende micro-organismen.

Vervuilde bodem en water op natuurlijke wijze ontsmetten door –

Gebruik van groene planten om vervuilende stoffen uit het milieu te verwijderen of onschadelijk te maken Salt et al., 1998

wat wordt er gebruikt bij fytoremediatie?

Verder, bodemmicro-organismen in combinatie met planten worden ook gebruikt voor de sanering van organische en anorganische verontreinigingen.

Fytoremediatie heeft de volgende doelstellingen:

  • Om de verontreinigingsniveaus van verschillende verontreinigende stoffen in bodem en water te verminderen.
  • Voor het ophopen van verontreinigingen in geoogste planten die kunnen worden verwijderd en om de fysieke omstandigheden van de locatie te verbeteren of te behouden.
  • Chemische en biologische verbetering van de bodem.


Soorten fytoremediatie

In het geval van organische verontreinigende stoffen, fytoremediatie maakt gebruik van mechanismen zoals fytostabilisatie, fytovolatilisatie, rizodegradatie, en rhizofiltratie.

Voor anorganische verontreinigende stoffen, de fytoremediatiemechanismen zijn fytovolatilisatie, fytostabilisatie, rhizofiltratie, en fytoaccumulatie.

Hieronder volgen enkele soorten fytoremediatie:

1 . fytostabilisatie

Plantenwortels hebben het potentieel om te stabiliseren, immobiliseren, en binden aan de giftige deeltjes in de bodem, waardoor hun biologische beschikbaarheid wordt verminderd.

Plantensoorten kunnen verontreinigingen in het grondwater en de bodem immobiliseren door verontreinigende stoffen te absorberen en op te hopen, of het neerslaan van metaalresten in de wortelzone.

Ideaal, dit proces wordt gebruikt om metalen toxische stoffen uit de bodem te verwijderen, sedimenten, en slib.

2 . Fytoextractie

Door het proces van fytoextractie, bepaalde plantensoorten kunnen hoge concentraties metaalverontreinigende stoffen accumuleren, samen met overtollige voedingsstoffen in geoogste scheuten en wortels, van het substraat of de verontreinigde grond.

Dit proces is optimaal voor metalen, niet-metalen, radionucliden, metalloïden, organische verontreinigende stoffen in de bodem, sedimenten, en slibmedium Raman Hinchman, 1995

3 . fytovolatilisatie

Het vermogen van planten om vervuilende deeltjes op te nemen en vervolgens te vervluchtigen naar de atmosfeer. Metaaldeeltjes in de bodem, grondwater, sedimenten, en slib kan met dit proces worden verwijderd.

4 . Fytotransformatie

Het omvat de metabolische opname van verontreinigende stoffen samen met voedingsstoffen door de plant en de daaropvolgende afbraak van verontreinigingen, hetzij intern door het plantenmetabolisme, hetzij extern door effecten veroorzaakt door de plant Raman Hinchman, 1995

in bodems, grondwater, sedimenten en slib, dit proces kan worden gebruikt om complexe organische moleculen te verminderen, door ze op te splitsen in eenvoudiger verontreinigende moleculen.

5 . Rhizofiltering

Rhizofiltratie is het proces waarbij giftige stoffen worden opgenomen, samen met overtollige voedingsstoffen, van het groeimedium of de verontreinigde plaats door de wortels van planten.

Vervuilende deeltjes worden ofwel afgezet op de wortels van de plant of worden door precipitatie of adsorptie in de wortelzone opgenomen.

Het proces is ideaal voor het verwijderen van overtollige voedingsstoffen, metalen, en radionuclide verontreinigende stoffen uit oppervlaktewater, grondwater, en afvalwater.

6. Rizodegradatie:

Rizodegradatie is het proces waarbij bodemverontreinigende deeltjes worden afgebroken door de werking van microben en door extra opname van verontreinigende stoffen door de wortels van de plant.

Het maakt gebruik van micro-organismen om organische stoffen te consumeren en te metaboliseren en om voeding en energie te leveren.

De natuurlijke stoffen die door de plantenwortels vrijkomen zoals zuren, suikers en alcoholen bevatten organische koolstofresten die dienen als energiebron voor micro-organismen in de bodem en een dikke wortelmassa creëren die grote hoeveelheden water opneemt Irena Shtangeeva, 2004



Mechanisme van fytoremediatie

Het inzetten van installaties voor de sanering van een verontreinigde locatie omvat verschillende mechanismen.

Wortelsystemen spelen een sleutelrol bij het voorkomen van toxiciteit veroorzaakt door verontreinigingen. Via het wortelstelsel worden verontreinigende stoffen door planten opgenomen.

Om de opname en ophoping van water en voedingsstoffen mogelijk te maken, voldoende oppervlakte wordt verschaft door de rhizosfeer.

evenzo, onderzoekers onderzoeken of bomen kunnen worden gebruikt om verontreinigende stoffen effectief te verwijderen uit diepere bodemlagen die gemakkelijker door de diepere wortels van bomen kunnen doordringen in vergelijking met kleine planten.

Door anorganische en organische verbindingen (exsudaten) in de rhizosfeer af te geven, plantenwortels wijzigen ook de bodem-wortelinterface.

Als gevolg van wortelexsudaten, micro-organismen vermenigvuldigen zich, bodemdeeltjes worden stabieler, en verontreinigingen worden gemakkelijker biologisch beschikbaar.

Plantaardige exsudaten beïnvloeden de mobiliteit en biologische beschikbaarheid van verontreinigende stoffen in de rhizosfeer door de bodemkenmerken te wijzigen, veranderende chemische samenstelling, het vrijgeven van organische verbindingen en het verhogen van door planten ondersteunde microbiële activiteit.

Verder in het artikel, voor- en nadelen van fytoremediatie worden besproken.


Voordelen van fytoremediatie

Het gebruik van planten biedt tal van voordelen ten opzichte van conventionele saneringsmethoden

  • In grond en water, deze technologie is een effectieve, efficiënt, en milieuvriendelijke manieren van afbraak, afnemend, of ontgiftende verontreinigingen.
  • Vanwege de lage onderhouds- en oogstkosten, het is een goedkope methode.
  • Het is een koolstofneutrale technologie omdat het niet leidt tot extra kooldioxide-emissies buiten het bereik dat oorspronkelijk was opgenomen bij de verbranding van plantaardige biomassa
  • De sociale acceptatie is hoog en het is esthetisch aangenaam.
  • Afgezien van het aanpakken van het probleem van het verwijderen van giftige stoffen uit het milieu, deze techniek kan ook worden gebruikt om commercieel belangrijke metalen uit de bodem terug te winnen.
  • Plantaardige biomassa kan ook worden gebruikt om energie op te wekken, waardoor het een lucratieve technologie wordt.
  • Een techniek als deze kan worden gebruikt om metalen, oplosmiddelen, pesticiden, Ruwe olie, polyaromatische koolwaterstoffen, percolaat van een stortplaats, en explosieven.


Nadelen van fytoremediatie

  • Aangezien hoge niveaus van toxische vervuiling worden geïnduceerd in plantencellen, plantengroei belemmeren, deze techniek kan het beste worden toegepast op locaties met een lage of matige verontreiniging.
  • Het proces is extreem tijdrovend.
  • Hyperaccumulator-plantensoorten hebben een beperkt vermogen om verontreinigingen uit de bodem op te nemen vanwege hun lage biomassa en langzame groeisnelheid.
  • Een verkeerd beheerd proces kan de weg vrijmaken voor het binnendringen van giftige stoffen in de voedselketen.
  • Metaalionen stevig gebonden hebben een beperkte biologische beschikbaarheid, hun verwijdering beperken.


Landbouwtechnologie
Moderne landbouw

Moderne landbouw