Uso di piante per rimuovere inquinanti dal suolo e dalle acque sotterranee (tecniche di fitodepurazione)
La fitodepurazione si riferisce all'uso di piante per rimuovere gli inquinanti dal suolo e dalle acque sotterranee o per favorire la degradazione dei contaminanti in una forma meno tossica.
Alcune piante sono in grado di estrarre e concentrare particolari elementi dall'ambiente, offrendo in tal modo un mezzo permanente di bonifica. Il tessuto vegetale, ricco di contaminanti accumulati, può essere raccolto e trattato in modo sicuro.
La bonifica si verifica anche quando i batteri sulle radici della pianta degradano le specie inquinanti o quando le radici trascinano l'umidità del terreno contaminata più vicino alla superficie, esponendo le specie contaminanti ai microbi in un ambiente contenente ossigeno più elevato. Alcune delle tecniche sono presentate in questa sezione. Sono come segue:
1. Fitoestrazione:
L'uso di piante per rimuovere i contaminanti dall'ambiente e concentrarli nel tessuto vegetale fuori terra è noto come fitoestrazione.
applicabilità:
La fitoestrazione è stata principalmente impiegata per recuperare i metalli pesanti dai terreni, tuttavia questa tecnologia è ora applicabile ad altri materiali in diversi media. I sistemi idroponici basati sulla serra che utilizzano piante con elevato assorbimento di radici contaminanti e scarsa traslocazione nei germogli sono attualmente oggetto di ricerca per la rimozione di metalli pesanti e radionuclidi dall'acqua.
Queste piante sono anche chiamate iperaccumulatori. Le piante con tassi di crescita elevati (> 3 tonnellate di materia secca / ettaro-anno) e la capacità di tollerare elevate concentrazioni di metallo nelle parti delle piante da raccogliere (> 1.000 mg / kg) sono necessarie per un trattamento praticabile.
limitazioni:
L'estrazione efficace di metalli tossici da parte di iperaccumulatori è limitata a profondità del suolo poco profonde fino a 24 pollici. Se la contaminazione è a profondità sostanzialmente maggiori (ad esempio da 6 a 10 piedi), è possibile utilizzare alberi di pioppo a radice profonda, tuttavia, vi è preoccupazione per la lettiera e i residui tossici associati.
Pur avendo caratteristiche di accumulo del metallo amabili, gli iperaccumulatori attualmente disponibili mancano di un'adeguata produzione di biomassa, adattabilità fisiologica a condizioni climatiche variabili e adattabilità alle attuali tecniche agronomiche.
2. Fitostabilizzazione:
La fitostabilizzazione comporta la riduzione della mobilità dei metalli pesanti nel suolo. L'immobilizzazione dei metalli può essere ottenuta riducendo la polvere trasportata dal vento, riducendo al minimo l'erosione del suolo e riducendo la solubilità o la biodisponibilità dei contaminanti nella catena alimentare. L'aggiunta di modifiche al suolo, come materia organica, fosfati, agenti alcalinizzanti e biosolidi può ridurre la solubilità dei metalli nel suolo e ridurre al minimo la lisciviazione nelle acque sotterranee.
La mobilità dei contaminanti è ridotta dall'accumulo di contaminanti da parte delle radici delle piante, dall'assorbimento sulle radici o dalla precipitazione nella zona delle radici. In alcuni casi, il controllo idraulico per prevenire la migrazione del percolato può essere ottenuto a causa della grande quantità di acqua traspirata dalle piante.
applicabilità:
L'uso della fitostabilizzazione per mantenere i metalli nella loro posizione attuale è particolarmente allettante quando non sono fattibili altri metodi per rimediare a superfici di grandi dimensioni con bassa contaminazione. Il risanamento è difficile in locali con elevate concentrazioni di metalli a causa della tossicità del suolo. Le piante dovrebbero essere in grado di tollerare alti livelli di contaminanti, avere un'elevata produzione di biomassa delle radici con la capacità di immobilizzare i contaminanti e la capacità di trattenere i contaminanti nelle radici.
limitazioni:
La fitostabilizzazione è utile in siti con contaminazione superficiale e in cui la contaminazione è relativamente bassa. Le piante che accumulano metalli pesanti nelle radici e nella zona delle radici in genere sono efficaci a profondità fino a 24 pollici. I metalli che sono facilmente traslocati nelle foglie delle piante possono limitare l'applicabilità della fitostabilizzazione a causa di potenziali effetti sulla catena alimentare.
3. Fitostimolazione:
La fitostimolazione, detta anche biodegradazione avanzata della rizosfera, rizodegradazione o biorimediazione / degradazione assistita dall'impianto, è la rottura dei contaminanti organici nel suolo attraverso una maggiore attività microbica nella zona delle radici delle piante o nella rizosfera. L'attività microbica viene stimolata nella rizosfera in diversi modi: 1. composti, come zuccheri, carboidrati, aminoacidi, acetati ed enzimi, trasudati dalle radici, arricchiscono le popolazioni di microbi indigeni; 2. i sistemi di radici portano ossigeno alla rizosfera, che assicura trasformazioni aerobiche; 3 biomassa a radice fine aumenta il carbonio organico disponibile; 4. i funghi micorrizici, che crescono all'interno della rizosfera, possono degradare i contaminanti organici che non possono essere trasformati unicamente dai batteri a causa di esclusive vie enzimatiche; e 5. l'habitat per l'aumento delle popolazioni microbiche e l'attività è migliorata dalle piante.
applicabilità:
Questo metodo è utile per rimuovere contaminanti organici, come pesticidi, aromatici e idrocarburi aromatici polinucleari (PAH), dal suolo e dai sedimenti. Anche i solventi clorurati sono stati presi di mira nei siti di dimostrazione.
limitazioni:
Le posizioni in cui deve essere implementata la fitostimolazione dovrebbero avere bassi livelli di contaminazione in aree poco profonde. Alti livelli di contaminanti possono essere tossici per le piante.
4. Fitotrasformazione:
La fitotrasformazione, nota anche come fitodegradazione, è la scomposizione dei contaminanti organici sequestrati dalle piante attraverso: (1) processi metabolici all'interno della pianta; o (2) l'effetto di composti, come gli enzimi, prodotti dalla pianta. I contaminanti organici sono degradati in composti più semplici che sono integrati con il tessuto vegetale, il che a sua volta favorisce la crescita delle piante. La bonifica di un sito mediante fitotrasformazione dipende dall'assorbimento diretto di contaminanti dai terreni e dall'accumulo nella vegetazione.
Il rilascio di contaminanti volatili nell'atmosfera attraverso la traspirazione delle piante, chiamata fitovolatilizzazione, è una forma di fitotrasformazione. Sebbene il trasferimento di contaminanti nell'atmosfera non possa raggiungere l'obiettivo di una completa riparazione, la fitovolatilizzazione può essere desiderabile in quella prolungata esposizione al suolo e il rischio di contaminazione delle acque sotterranee è ridotto.
applicabilità:
La fitotrasformazione può essere impiegata per bonificare i siti contaminati da composti organici. Alcuni enzimi prodotti dalle piante sono in grado di degradare e convertire solventi clorurati (ad es. Tricloroetilene), rifiuti di munizioni ed erbicidi. Questa tecnologia può anche essere utilizzata per rimuovere contaminanti dai siti petrolchimici e aree di stoccaggio, fuoriuscite di carburante, percolati di discariche e prodotti chimici agricoli.
L'implementazione riuscita di questa tecnologia richiede che i composti trasformati che si accumulano all'interno della pianta siano non tossici o significativamente meno tossici dei composti progenitori. In alcune applicazioni, la fitotrasformazione può essere utilizzata di concerto con altre tecnologie di bonifica o come trattamento di lucidatura.
limitazioni:
Questa tecnologia di solito richiede più di una stagione di crescita per essere efficiente. Il suolo deve trovarsi a meno di 3 piedi di profondità e acque sotterranee entro 10 piedi dalla superficie. I contaminanti possono ancora entrare nella catena alimentare attraverso animali o insetti che mangiano materiale vegetale. Possono essere necessari emendamenti al suolo, inclusi agenti chelanti per facilitare l'assorbimento delle piante rompendo i legami che legano i contaminanti alle particelle del suolo.
5. Rhizofiltration:
La rizofiltrazione si riferisce all'uso delle radici delle piante per assorbire, concentrare e precipitare i metalli tossici dalle acque sotterranee contaminate. Inizialmente, piante adatte con sistemi di radici stabili vengono fornite con acqua contaminata per acclimatare le piante. Queste piante vengono poi trasferite nel sito contaminato per raccogliere i contaminanti e una volta che le radici sono sature, vengono raccolte. La rizofiltrazione consente il trattamento in situ, riducendo al minimo i disturbi ambientali.
applicabilità:
Una pianta adatta per le applicazioni di rizofiltrazione può rimuovere metalli tossici dalla soluzione per un lungo periodo di tempo con il suo sistema di radici a rapida crescita. Varie specie di piante sono state trovate per rimuovere efficacemente metalli tossici come Cu (2+), Cd (2+), Cr (6+), Ni (2+), Pb (2+) e Zn (2+) da acquoso soluzioni. Anche i contaminanti radioattivi a basso livello possono essere rimossi dai flussi di liquidi.
limitazioni:
La rizofiltrazione è particolarmente efficace in applicazioni in cui sono presenti basse concentrazioni e grandi volumi di acqua. Le piante che sono efficaci nella traslocazione dei metalli nei tralci non devono essere utilizzate per la rizofiltrazione perché vengono prodotti residui vegetali contaminati.
6. Zone umide costruite:
Le zone umide costruite sono ecosistemi progettati dall'uomo, progettati specificamente per trattare le acque reflue, il drenaggio delle miniere e altre acque ottimizzando i processi biologici, fisici e chimici che avvengono nei sistemi naturali delle zone umide. Le zone umide costruite possono fornire un trattamento efficace, economico e rispettoso dell'ambiente delle acque reflue e servire come habitat naturale.
I sistemi di terreni paludosi costruiti sono raggruppati in tre tipi principali: superficie di acque libere (FWS), sistemi di flusso sotterraneo (SFS) o sistemi di piante acquatiche (APS). I sistemi FWS, o sistemi di substrato del suolo, sono costituiti da piante acquatiche radicate in un substrato del suolo all'interno di un bacino di terra costruito che può o meno essere rivestito a seconda della permeabilità del suolo e dei requisiti di protezione delle acque sotterranee.
I sistemi FWS sono progettati per accettare acque reflue trattate preliminarmente, a bassa velocità, in flusso a tappo, sopra i terreni del terreno o ad una profondità compresa tra 1 e 18 pollici. Gli SFS sono in genere sistemi di substrati di ghiaia simili ai sistemi FWS, tuttavia, la vegetazione acquatica è piantata in ghiaia o pietrisco e il flusso di acque reflue si trova a circa 6 pollici sotto la superficie del supporto.
L'aggregato ha in genere una profondità tra 12 e 24 pollici. Nessun flusso superficiale visibile è evidente in SFS. Gli APP sono simili ai sistemi FWS, ma l'acqua si trova in stagni più profondi e vengono utilizzate piante acquatiche galleggianti o piante sommerse.
applicabilità:
Le zone umide costruite possono essere usate per trattare acque reflue municipali, deflusso agricolo, drenaggio di miniere e altri effluenti. La domanda biochimica di ossigeno (BOD) e il totale dei solidi sospesi (TSS) sono effettivamente ridotti da questi sistemi di zone umide artificiali.
limitazioni:
Le linee guida tecniche per la progettazione e la gestione di zone umide costruite possono essere limitate a causa della mancanza di dati operativi a lungo termine. La potenziale variabilità stagionale e l'impatto sulla fauna selvatica possono avere un impatto negativo sul funzionamento del sistema e sulla sicurezza delle autorizzazioni, rispettivamente. Sono necessari pacchi di terreno relativamente grandi e il consumo di acqua è elevato a causa di elevati tassi di evapotraspirazione.
