Ризофильтрация

Ризофильтрация — это форма фиторемедиации , которая включает фильтрацию загрязненных грунтовых , поверхностных и сточных вод через массу корней для удаления токсичных веществ или избытка питательных веществ .

Обзор

Ризофильтрация — это тип фиторемедиации , который относится к подходу использования корней растений, выращенных на гидропонике, для очистки загрязненной воды путем поглощения, концентрации и осаждения загрязняющих веществ . Он также фильтрует воду и грязь. ^{[ нужна ссылка ]}

Загрязненную воду либо собирают со свалки и доставляют к растениям, либо растения высаживают на загрязненной территории, где корни затем поглощают воду и растворенные в ней загрязняющие вещества. Многие виды растений естественным образом поглощают тяжелые металлы и избыточные питательные вещества по разным причинам: секвестрация, устойчивость к засухе , удаление путем опадания листьев , вмешательство в работу других растений и защита от патогенов и травоядных животных . ^{[ 1 ]} Некоторые из этих видов лучше других и могут накапливать огромные количества этих загрязнителей. Идентификация таких видов растений привела исследователей-экологов к осознанию возможности использования этих растений для восстановления загрязненной почвы и сточных вод . ^{[ нужна ссылка ]}

Процесс

Этот процесс очень похож на фитоэкстракцию в том смысле, что он удаляет загрязняющие вещества, улавливая их в собираемую растительную биомассу . И фитоэкстракция, и ризофильтрация следуют одному и тому же основному пути восстановления. Во-первых, растения со стабильной корневой системой подвергаются воздействию загрязнения, чтобы акклиматизироваться к токсинам. Они поглощают загрязняющие вещества через свою корневую систему и сохраняют их в корневой биомассе и/или транспортируют вверх в стебли и/или листья. Растения продолжают поглощать загрязняющие вещества до тех пор, пока их не соберут. Затем растения заменяют, чтобы продолжить цикл роста/сбора урожая до тех пор, пока не будет достигнут удовлетворительный уровень загрязнения. Оба процесса также направлены больше на концентрацию и осаждение тяжелых металлов, чем органических загрязнителей. Основное различие между ризофильтрацией и фитоэкстракцией заключается в том, что ризофильтрация используется для очистки водных сред, а фитоэкстракция занимается восстановлением почвы. ^{[ нужна ссылка ]}

Приложения

Ризофильтрация может быть применима для очистки поверхностных и подземных вод, промышленных и бытовых сточных вод, стоков линий электропередач, ливневых вод, кислых шахтных стоков , сельскохозяйственных стоков, разбавленных осадков и растворов, загрязненных радионуклидами . Растения, подходящие для ризофильтрации, могут эффективно удалять токсичные металлы из раствора, используя быстрорастущую корневую систему. различные виды наземных растений эффективно удаляют токсичные металлы, такие как медь. Было обнаружено, что ²⁺, компакт-диск ²⁺, Кр ⁶⁺, Является ²⁺, Пб ²⁺и Zn ²⁺ из водных растворов. ^{[ 2 ]} Также было обнаружено, что радиоактивные загрязнения низкого уровня можно успешно удалять из потоков жидкости. ^{[ 3 ]} Система для достижения этой цели может состоять из «питающего слоя» почвы, подвешенного над загрязненным ручьем, через который растут растения, вытягивая большую часть своих корней в воду. Питающий слой позволяет растениям получать удобрения, не загрязняя ручей, одновременно удаляя из воды тяжелые металлы. ^{[ 4 ]} Деревья также использовались для восстановления. Деревья — самый дешевый вид растений. Они могут расти на землях низкого качества и иметь долгую продолжительность жизни. Это приводит к минимальным затратам на техническое обслуживание или их отсутствию. Чаще всего используются ивы и тополя , которые могут вырастать на 6–8 футов в год и обладают высокой устойчивостью к наводнениям. Для глубокого загрязнения использовались гибридные тополя с корнями, уходящими на глубину 30 футов. Их корни проникают в микроскопические поры в почвенной матрице и могут перерабатывать 100 л воды в день на одно дерево. Эти деревья действуют почти как насос и очищают систему восстановления. ^{[ 5 ]} Ивы успешно используются в качестве «растительных фильтров» для удаления питательных веществ (например, азота и фосфора) из городских сточных вод. ^{[ 6 ]} и загрязненные грунтовые воды. ^{[ 7 ]}

Растения

Среди них есть ряд водных и наземных растений, которые с разной степенью успеха используются для ризофильтрации. Хотя многие из этих растений являются гипераккумуляторами , другие виды растений можно использовать, поскольку загрязняющие вещества не всегда достигают побегов (стеблей и их придатков: листьев, боковых почек, цветущих стеблей и цветочных почек). ^{[ нужна ссылка ]}

Некоторые из наиболее распространенных видов растений, продемонстрировавших способность удалять токсины из воды посредством ризофильтрации: ^{[ 8 ]}^{[ 9 ]}

Расходы

Подсолнухи, используемые для ризофильтрации

Ризофильтрация экономически эффективна для больших объемов воды с низкой концентрацией загрязняющих веществ, на которую распространяются строгие стандарты. ^{[ 10 ]} Это относительно недорого, но потенциально более эффективно, чем сопоставимые технологии. Удаление радионуклидов из воды с использованием подсолнечника оценивается в сумму от 2 до 6 долларов за тысячу галлонов очищенной воды, включая утилизацию отходов и капитальные затраты. ^{[ 11 ]}

Преимущества

Ризофильтрация — это метод очистки загрязнений, который может проводиться на месте , при этом растения выращиваются непосредственно в загрязненном водоеме или ex situ , когда растения выращиваются за пределами места, а затем вносятся в загрязненный водоем. ^{[ 8 ]} Это позволяет провести относительно недорогую процедуру с низкими капитальными и эксплуатационными затратами, в зависимости от типа загрязнения. ^{[ нужна ссылка ]}

Было показано, что в некоторых случаях количество загрязняющих веществ значительно снижается за очень короткий промежуток времени. Одно исследование показало, что корни подсолнечника снижают уровень урана почти на 95% всего за 24 часа. ^{[ 2 ]}

Этот метод обработки также эстетичен и приводит к уменьшению инфильтрации воды и вымывания загрязнений. ^{[ 5 ]}

После сбора урожай можно переработать в биотопливный брикет, заменитель ископаемого топлива. ^{[ 12 ]}

Недостатки

Этот метод очистки от загрязнений имеет свои ограничения. Любое загрязнение, находящееся ниже глубины укоренения, не будет удалено. Используемые растения могут оказаться неспособными расти на сильно загрязненных территориях. Самое главное, что для достижения нормативного уровня могут потребоваться годы. Это приводит к долгосрочному обслуживанию. ^{[ нужна ссылка ]}

Кроме того, большинство загрязненных территорий загрязнены множеством различных видов загрязнителей. Возможна комбинация металлов и органики, при которой обработки ризофильтрацией будет недостаточно. ^{[ 5 ]}

Растения, выращенные на загрязненных водах и почвах, становятся потенциальной угрозой для здоровья человека и животных, в связи с чем необходимо уделять пристальное внимание процессу уборки и выбирать для ризофильтрационного метода очистки только некормовые культуры. ^{[ 12 ]}

См. также

Ссылки

^ Бойд, Р.С. Растения, которые сверхнакапливают тяжелые металлы. Эд. Р. Р. Брукс. Уиллингфорд, Великобритания: CAB International, 1998. 181–201.
^ Перейти обратно: ^а ^б Душенков, Вячеслав, Гарри Мотто, Илья Раскин и Пба Нанда Кумар. «Ризофильтрация: использование растений для удаления тяжелых металлов из водных потоков». Environmental Science & Technology 30 (1995): 1239-1245.
^ EPA, 1998, Руководство для граждан по фиторемедиации, Агентство по охране окружающей среды США, Управление по твердым отходам и реагированию на чрезвычайные ситуации, EPA 542-F-98-011, август.
^ Раскин, Илья, Роберт Д. Смит и Дэвид Э. Солт. «Фиторемедиация металлов: использование растений для удаления загрязнителей из окружающей среды». Современное мнение в области биотехнологии. 8:2 (1997): 221–226.
^ Перейти обратно: ^а ^б ^с Сазерсан, Сьюзен С. Проектирование восстановления: концепции проектирования. КПР П, 1997.
^ Гуиди Ниссим В., Джерби А., Лафлер Б., Флюэ Р., Лабрек М. (2015) «Ивы для очистки городских сточных вод: долгосрочная эффективность при различных нормах орошения». Экологическая инженерия 81: 395-404. https://dx.doi.org/10.1016/j.ecoleng.2015.04.067
^ Гуиди Ниссим В., Войку А., Лабрек М. (2014) «Ивовая перелеска с коротким вращением для очистки загрязненных грунтовых вод». Экологическая инженерия, 62:102-114 https://dx.doi.org/10.1016/j.ecoleng.2013.10.005.
^ Перейти обратно: ^а ^б Генри, Джинна Р., « Обзор фиторемедиации свинца и ртути» , Национальная сеть исследований по управлению окружающей средой, Агентство по охране окружающей среды США, (2000). 21-22.
^ Эллен Л. Артур, Памела Дж. Райс, Патриция Дж. Райс, Тодд А. Андерсон, Садика М. Балади, Кери Л. Д. Хендерсон и Джоэл Р. Коутс (2005) Фиторемедиация - обзор, критические обзоры в области наук о растениях, 24: 2, 109-122, DOI: 10.1080/07352680590952496
^ Миллер, Р., 1996, Фиторемедиация, Обзор технологий, Аналитический центр технологий восстановления грунтовых вод, Серия O, Том. 3 октября.
^ Куни, К.М. «Подсолнухи удаляют радионуклиды из воды в ходе текущих полевых испытаний фиторемедиации». Экологическая наука и технология 30 (1996): 194.
^ Перейти обратно: ^а ^б Моделирование ризофильтрации: поглощение тяжелых металлов корнями растений П. Верма*, К.В. Джордж, Х.В. Сингх, С.К. Сингх, А. Джуваркар и Р.Н. Сингх Национальный научно-исследовательский институт экологической инженерии (NEERI), Неру Марг, Нагпур 440 020, Индия

Внешние ссылки

Фиторемедиация и растения-гипераккумуляторы. Комплексный обзор.
Использование растений для очистки почвы — из журнала «Сельскохозяйственные исследования»
Моделирование ризофильтрации: поглощение тяжелых металлов корнями растений. Много данных.

[1] Бойд, Р.С. Растения, которые сверхнакапливают тяжелые металлы. Эд. Р. Р. Брукс. Уиллингфорд, Великобритания: CAB International, 1998. 181–201.

[:0-2] Перейти обратно: ^а ^б Душенков, Вячеслав, Гарри Мотто, Илья Раскин и Пба Нанда Кумар. «Ризофильтрация: использование растений для удаления тяжелых металлов из водных потоков». Environmental Science & Technology 30 (1995): 1239-1245.

[3] EPA, 1998, Руководство для граждан по фиторемедиации, Агентство по охране окружающей среды США, Управление по твердым отходам и реагированию на чрезвычайные ситуации, EPA 542-F-98-011, август.

[4] Раскин, Илья, Роберт Д. Смит и Дэвид Э. Солт. «Фиторемедиация металлов: использование растений для удаления загрязнителей из окружающей среды». Современное мнение в области биотехнологии. 8:2 (1997): 221–226.

[Suthersan-5] Перейти обратно: ^а ^б ^с Сазерсан, Сьюзен С. Проектирование восстановления: концепции проектирования. КПР П, 1997.

[6] Гуиди Ниссим В., Джерби А., Лафлер Б., Флюэ Р., Лабрек М. (2015) «Ивы для очистки городских сточных вод: долгосрочная эффективность при различных нормах орошения». Экологическая инженерия 81: 395-404. https://dx.doi.org/10.1016/j.ecoleng.2015.04.067

[7] Гуиди Ниссим В., Войку А., Лабрек М. (2014) «Ивовая перелеска с коротким вращением для очистки загрязненных грунтовых вод». Экологическая инженерия, 62:102-114 https://dx.doi.org/10.1016/j.ecoleng.2013.10.005.

[:1-8] Перейти обратно: ^а ^б Генри, Джинна Р., « Обзор фиторемедиации свинца и ртути» , Национальная сеть исследований по управлению окружающей средой, Агентство по охране окружающей среды США, (2000). 21-22.

[9] Эллен Л. Артур, Памела Дж. Райс, Патриция Дж. Райс, Тодд А. Андерсон, Садика М. Балади, Кери Л. Д. Хендерсон и Джоэл Р. Коутс (2005) Фиторемедиация - обзор, критические обзоры в области наук о растениях, 24: 2, 109-122, DOI: 10.1080/07352680590952496

[10] Миллер, Р., 1996, Фиторемедиация, Обзор технологий, Аналитический центр технологий восстановления грунтовых вод, Серия O, Том. 3 октября.

[11] Куни, К.М. «Подсолнухи удаляют радионуклиды из воды в ходе текущих полевых испытаний фиторемедиации». Экологическая наука и технология 30 (1996): 194.

[modeling-12] Перейти обратно: ^а ^б Моделирование ризофильтрации: поглощение тяжелых металлов корнями растений П. Верма*, К.В. Джордж, Х.В. Сингх, С.К. Сингх, А. Джуваркар и Р.Н. Сингх Национальный научно-исследовательский институт экологической инженерии (NEERI), Неру Марг, Нагпур 440 020, Индия

[ 1 ]

[ 2 ]

[ 3 ]

[ 4 ]

[ 5 ]

[ 6 ]

[ 7 ]

[ 8 ]

[ 9 ]

[ 10 ]

[ 11 ]

[ 12 ]

v т и Фиторемедиация
Условия	Фитоэкстракция Фитомайнинг Фитостабилизация Фитодеградация/Фитотрансформация Фитостимуляция Фитоиспарение Ризофильтрация Биологическое гидравлическое сдерживание Фитоопреснение Фитоскрининг
Гипераккумуляторы	Al, Ag, As, Be, Cr, Cu, Mn, Hg, Mo, Нафталин, Pb, Pd, Pt, Se, Zn Никель Cd, Cs, Co, Pu, Ra, Sr, U, радионуклиды, углеводороды, органические растворители и др.
Связанный	Биоремедиация Микоремедиация
Категория фиторемедиационные растения