3. Фиторемедиация

Микроорганизмы не способны удалять из почвы и воды вредные для здоровья людей тяжелые металлы (мышьяк, кадмий, медь, ртуть, селен, свинец, а также радиоактивные изотопы стронция, цезия, урана и другие радионуклиды. Растения способны извлекать из окружающей среды и концентрировать в своих тканях различные элементы. Растительную массу не составляет особого труда собрать и сжечь, а образовавшийся пепел или захоронить, или использовать как вторичное сырье.

Метод очистки окружающей среды с помощью растений был назван фиторемедиацией – от греческого "фитон" (растение) и латинского "ремедиум" (восстанавливать).

Фиторемедиация — комплекс методов очистки вод, грунтов и атмосферного воздуха с использованием зеленых растений.

История

Первые простейшие методы очистки сточных вод — поля орошения и поля фильтрации — были основаны на использовании растений.

Первые научные исследования были проведены в 50-х годах в Израиле, однако активное развитие методики произошло только в 80-х годах XX века.

Растение воздействует на окружающую среду разными способами, основные из них:

• ризофильтрация — корни всасывают воду и химические элементы необходимые для жизнедеятельности растений;

• фитоэкстракция — накопление в организме растения опасных загрязнений (например, тяжёлых металлов);

• фитоволатилизация — испарение воды и летучих химических элементов (As, Se) листьями растений;

• фитотрансформация:

  1. фитостабилизация — перевод химических соединений в менее подвижную и активную форму (снижает риск распространения загрязнений);

  2. фитодеградация — деградация растениями и симбиотическими микроорганизмами органической части загрязнений;

• фитостимуляция — стимуляция развития симбиотических микроорганизмов, принимающих участие в процессе очистки. Главную роль в деградации загрязнений играют микроорганизмы. Растение является своего рода биофильтром, создавая для них среду обитания (обеспечение доступа кислорода, разрыхление грунта. В связи с этим, процесс очистки происходит также вне периода вегетации (в нелетний период) с несколько сниженной активностью.

Используемые виды растений

В фиторемедиации может быть использован широкий спектр водных растений (гидроботаническая очистка), например:

• Тростник (Phragmiittes communiis)

• Ива (Salix cinerea, Salix peuntandra)

• Ряска (Lemna sp.)

В настоящее время производятся активные исследования гипераккумуляторов (водяной гиацинт — Eichhornia crassipes — уже применяется в фиторемедиации), а также возможности генной модификации растений (трансформация растений бактериальными генами, ответственными за деградацию органических веществ, например метилртути и взрывчатых веществ).

Большинство дикорастущих (не водных) гипераккумуляторов относится к семейству крестоцветных – близких родственников капусты и горчицы; один из видов горчицы, называемой индийской, или сарептской, оказался весьма эффективным накопителем свинца, меди и никеля. Свинец способны накапливать также кукуруза и амброзия.

Растения слабо усваивают многие тяжелые металлы – например, тот же свинец – даже при их высоком содержании в почве из-за того, что они находятся в виде малорастворимых соединений. Поэтому концентрация свинца в растениях обычно не превышает 50 мг/кг, и даже индийская горчица, генетически предрасположенная к поглощению тяжелых металлов, накапливает свинец в концентрации всего 200 мг/кг, даже если растет на почве, сильно загрязненной этим элементом.

Проблему удалось решить, когда обнаружили, что поступление тяжелых металлов в растения стимулируют вещества (например, этилендиаминтетрауксусная кислота), образующие с металлами в почвенном растворе устойчивые, но растворимые комплексные соединения. Так, стоило внести подобное вещество в почву, содержащую свинец в концентрации 1200 мг/кг, как концентрация тяжелого металла в побегах индийской горчицы возрастала до 1600 мг/кг!

Преимущества фиторемедиации:

• возможность проведения ремедиации in situ;

• относительно низкая себестоимость проводимых работ по сравнению с традиционными очистными сооружениями;

• метод безопасен для окружающей среды;

• теоретическая возможность экстракции ценных веществ из зеленой массы растений (Ni, Au, Cu);

• возможность мониторинга процесса очистки;

• уровень очистки не уступает традиционным методам, особенно при небольшом объёме сточных вод (например, в деревнях).